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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2019
Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de
lantano dopada con metales de la serie lantánida para la lantano dopada con metales de la serie lantánida para la
descomposición de resorcinol descomposición de resorcinol
Ana Cecilia Salinas Bermúdez Universidad de La Salle, Bogotá
Valentina Rodríguez Fernández Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Salinas Bermúdez, A. C., & Rodríguez Fernández, V. (2019). Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de lantano dopada con metales de la serie lantánida para la descomposición de resorcinol. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1159
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1
EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE LA MANGANITA
DE LANTANO DOPADA CON METALES DE LA SERIE LANTÁNIDA PARA LA
DESCOMPOSICIÓN DE RESORCINOL
ANA CECILIA SALINAS BERMÚDEZ
VALENTINA RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ D.C
2019
2
EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE LA MANGANITA
DE LANTANO DOPADA CON METALES DE LA SERIE LANTÁNIDA PARA LA
DESCOMPOSICIÓN DE RESORCINOL
ANA CECILIA SALINAS BERMÚDEZ
Código 41132087
VALENTINA RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ
Código 41132156
Trabajo de Grado para optar el Título de
Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Director
ÓSCAR ARTURO GERENA ROJAS
Químico Dr. Sc.
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ D.C
2019
3
Nota de aceptación
__________________________________
__________________________________
__________________________________
_________________________________________
Firma de Director
_________________________________________
Firma de Jurado
_________________________________________
Firma de Jurado
Bogotá, 2019
4
DEDICATORIA
Primero que todo a Dios, quien me señaló el camino que debía seguir y por darme la
capacidad de sobrepasar todas las adversidades.
A mi papá John Tonny por ser mi vida, por dar todo por mí y ser siempre mi soporte, apoyo
y esa persona que está conmigo incondicional en todas las etapas de mi vida.
A Ana por su amistad incondicional y paciencia a lo largo de estos 5 años.
Valentina Rodríguez Fernández
Agradezco a Dios por guiarme siempre y permitirme estar donde estoy, cumpliendo poco a
poco cada una de mis metas y por brindarme la oportunidad de culminar mis estudios como
profesional.
A mi madre, por ser mi motor, mi polo a tierra y sobre todo mi mayor ejemplo e inspiración,
por darme siempre su apoyo incondicional, por enseñarme a ser mejor mujer cada día y por
educarme siempre con su infinito amor.
A mi abuela por criarme, cuidarme siempre y ser mi segunda mamá. Por apoyarme y
ayudarme siempre y por su infinito amor.
A mi amiga Valentina por los bonitos años de amistad, por convertirse en un apoyo
incondicional y por su infinita paciencia.
A mi novio por ser mi gran apoyo por motivarme y alentarme en los momentos difíciles y
por su ayuda incondicional.
Ana Salinas Bermúdez
5
AGRADECIMIENTOS
Primero que todo queremos agradecer a Dios por las bendiciones que nos brinda día a día
A nuestro director de trabajo de grado Oscar Gerena, por tener una gran paciencia y
acompañamiento a lo largo de este proceso, por ser un guía y estar siempre de muy buena
disposición para dirigirnos y enseñarnos no solo en lo académico sino para nuestra vida
personal.
Al profesor Jesús Cárdenas, por su colaboración en el manejo y la ejecución el programa
IBMSPS Versión 23, por tener la disposición para siempre atendernos y compartir sus
conocimientos en el área de estadística.
A todo el personal del CTAS (Centro tecnológico de Ambiente Sostenible) y al personal de
los laboratorios de ciencias básicas por su amabilidad, disponibilidad y colaboración durante
todo el desarrollo de la investigación.
Por último, a nuestra familia y amigos, por la comprensión, apoyo y paciencia.
6
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE TABLAS ......................................................................................................................... 8
LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................... 8
GLOSARIO ....................................................................................................................................... 9
RESUMEN ....................................................................................................................................... 11
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 12
OBJETIVOS .................................................................................................................................... 13
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 13
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................... 13
1. ANTECEDENTES .................................................................................................................. 14
1.1 Tratamiento de efluentes industriales de naturaleza recalcitrante usando ozono,
peróxido de hidrógeno y radiación ultravioleta. (Tatiana Rodríguez, Diego Botelho,
Eduardo Cleto) ............................................................................................................................ 14
1.2 La fotocatálisis como alternativa para el tratamiento de aguas residuales. (Luis
Fernando Garcés Giraldo, Edwin Alejandro Mejía Franco, Jorge Julián Santamaría
Arango.)........................................................................................................................................ 14
1.3 Efecto del dopaje con elementos lantánidos sobre las propiedades ópticas,
estructurales y fotocatalíticas de TiO2. (Juan Carlos Medina) ............................................... 15
1.4 Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de lantano en la
eliminación de contaminantes recalcitrantes en aguas residuales. (Cindy Camila Muñoz
Caicedo, Laura Jimena Cáceres Ramírez.)............................................................................... 15
2. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................. 16
2.1 MARCO TEORICO ............................................................................................................. 16
2.1.1 Fotocatálisis.............................................................................................................. 16
2.1.2 Factores que afectan el proceso de fotocatálisis.................................................... 18
2.1.3 Contaminantes recalcitrantes. ................................................................................ 20
2.1.4 Resorcinol. ................................................................................................................ 21
2.1.5 Neodimio (Nd). ......................................................................................................... 22
2.1.6 Europio (Eu). ........................................................................................................... 22
2.1.7 Método colorimétrico de la 4-AAP para la determinación de fenoles en agua. . 23
2.2 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................. 24
2.3 MARCO LEGAL ............................................................................................................ 25
3. METODOLOGÍA ................................................................................................................... 26
3.1 CONSULTA BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 26
7
3.1.1 Concentración .......................................................................................................... 26
3.1.2 Carga del catalizador .............................................................................................. 26
3.1.3 pH ............................................................................................................................. 26
3.1.4 Tiempo de radiación ................................................................................................ 27
3.2 DISEÑO DE EXPERIMENTO ...................................................................................... 27
3.3 EXPERIMENTO ............................................................................................................. 27
3.3.1 VARIABLES CONSIDERADAS EN EL PROCESO.............................................. 27
3.3.1.1 Volumen y concentración del agua contaminada ................................................. 27
3.3.1.2 Carga del catalizador .............................................................................................. 28
3.3.1.3 Tiempo de radiación ................................................................................................ 28
3.3.2 PREPARACIÓN DE REACTIVOS .......................................................................... 28
3.3.2.1 Preparación de la solución patrón de resorcinol .................................................. 28
3.3.2.2 Disoluciones de Resorcinol para ensayos. ............................................................. 28
3.3.2.3 Disoluciones para la curva de calibración. ............................................................ 29
3.3.3 Curva de calibración ............................................................................................... 29
3.3.4 Montaje del reactor ................................................................................................. 30
3.3.5 Ajuste de variables .................................................................................................. 32
3.3.6 Pruebas Fotocatalíticas ........................................................................................... 32
3.3.7 Método 4-aminoantipirina (4-APP) ....................................................................... 33
3.4 CAPTURA DE DATOS ............................................................................................................ 35
4. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................. 37
4.1 CURVA DE CALIBRACIÓN ........................................................................................ 37
4.2 EXPERIMENTO ............................................................................................................. 38
4.2.1 Concentración de Resorcinol .................................................................................. 38
4.2.2 Concentración experimental del Resorcinol ......................................................... 39
5. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 44
6. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 45
7. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 46
8
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Ensayos por realizar ............................................................................................. 28
Tabla 2. Dosificación reactivos para curva de calibración .................................................. 31
Tabla 3. Datos de absorbancia para la curva de calibración ................................................ 38
Tabla 4. Datos obtenidos de la curva de calibración. .......................................................... 39
Tabla 5. Concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano
(LaMnO3) dopada con Neodimio (Nd) ................................................................................. 40
Tabla 6. Promedio concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de
lantano (LaMnO3) dopada con Europio (Nd) ....................................................................... 41
Tabla 7. Concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano
(LaMnO3) dopada con Europio (Eu) .................................................................................... 42
Tabla 8. Promedio concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de
lantano (LaMnO3) dopada con Europio (Eu) ....................................................................... 43
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Estructura del Resorcinol ..................................................................................... 22
Figura 2. Reactor de vidrio tipo Bacth ................................................................................ 31
Figura 3. Reactor recubierto ................................................................................................ 32
Figura 4. Diodo emisor de luz ............................................................................................. 32
Figura 5. Montaje de reactor ............................................................................................... 32
Figura 6. Ultrasonido Elmasonic E 60 H ............................................................................ 33
Figura 7. Centrifuga DINAC II ........................................................................................... 34
Figura 8. Sobrenadante ........................................................................................................ 34
Figura 9. Reacción de color ................................................................................................. 35
Figura 10. Lectura en espectrofotómetro............................................................................. 35
Figura 11. Flujograma de la metodología del proyecto ....................................................... 37
Figura 12. Curva de calibración .......................................................................................... 38
Figura 13. Variación de concentración de Resorcinol con relación al tiempo ................... 41
Figura 14. Variación de concentración de Resorcinol con relación al tiempo ................... 43
9
GLOSARIO
Aguas crudas: aguas residuales que no han sido tratadas.
Aguas residuales municipales: agua residual de origen doméstico, comercial e institucional
que contiene desechos humanos.
Aguas residuales: agua que contiene material disuelto y en suspensión, luego de ser usada
por una comunidad o industria.
Aguas servidas: aguas de desecho provenientes de lavamanos, tinas de baño, duchas,
lavaplatos, y otros artefactos que no descargan materias fecales.
Análisis: examen del agua, agua residual o lodos, efectuado por un laboratorio.
Catalizador: sustancia presente en las reacciones químicas que controlan la velocidad de
reacción porque modifican el nivel energético del estado de transición (momento en que se
rompen los enlaces) y, con ello, la energía de activación. No intervienen en la reacción, sino
que se unen a los reactivos para facilitar la reacción.
Compuestos orgánicos: compuestos formados por átomos de carbono unidos entre sí en
cadenas lineales, ramificadas o que forman ciclos, incluyendo algunos otros átomos como O,
N o S. La mayoría de los compuestos orgánicos se obtienen de forma artificial mediante
procesos químicos, sin embargo, existen algunos que se pueden extraer de fuentes naturales.
Compuestos recalcitrantes: compuesto resistente a la biodegradación, se caracterizan por
ser tóxicos para la salud humana y en general a los ecosistemas con los que entran en contacto
directo.
Concentración: se denomina concentración de una sustancia, elemento o compuesto en un
líquido, la relación existente entre su peso y el volumen del líquido que lo contiene.
Disposición final: disposición del efluente de una planta de tratamiento o de los lodos
tratados.
Espectro electromagnético: conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas ordenadas
por orden de frecuencia o de longitud de onda. Se divide en distintas zonas o porciones,
aunque no hay una separación nítida entre una zona con una denominación y otra con otro
nombre. Estas zonas son la luz visible, radiación ultravioleta, rayos x rayos gamma, rayos
infrarrojos, ondas de microondas y ondas de radio.
Estado de oxidación: es un término que se ha convenido para que, además de indicar la
capacidad de combinación de un elemento, indique la naturaleza positiva o negativa de sus
átomos. Es decir, para poder establecer claramente que sustancias captan o ceden electrones
en los procesos de oxidación-reducción.
Fenoles: compuestos orgánico aromático cuyo grupo oxi está unido a un átomo de carbono
bencénico.
10
Fotocatálisis: consiste en la destrucción de los contaminantes mediante el empleo de
radiación solar ultravioleta y catalizadores con el objeto de formar radicales hidroxilos, los
cuales posteriormente tendrán un efecto oxidante sobre los contaminantes químicos.
Fotocatalizador: funciona igual que un catalizador, pero cuando este recibe radiación solar
o artificial y de una determinada longitud de onda para excitar sus partículas. Los compuestos
fotocatalizadores normalmente son semiconductores, los cuales producen pares “electrón-
hueco” con un buen potencial oxidante y por lo tanto son capaces de mineralizar y neutralizar
contaminantes.
Irradiación: es el proceso mediante el cual se expone deliberadamente en forma controlada
un material a la acción de una fuente de cualquier tipo de radiación, como pueden ser los
rayos ultravioletas o un haz de electrones.
Lantánidos trivalentes: una característica de la química cristalina de los compuestos 4f es
que se encuentran numerosas estructuras para cada grupo de compuestos (por ejemplo,
haluros) debido a la variación en el radio iónico (o atómico) a lo largo de la serie.
Óxidos semiconductores: son caracterizados por su conductividad, la cual es despreciable
a bajas temperaturas, pero se incrementa con el aumento de esta. La semiconductividad puede
ser intrínseca o inducida por la creación de vacíos aniónicos. La capacidad de intercambio
electrónico con las especies absorbidas permite una excelente efectividad para el mismo tipo
de reacciones que se presentan con catalizadores metálicos.
pH: Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de iones hidrógeno, en moles por
litro.
Radiación ultravioleta: es la radiación electromagnética cuyas longitudes de onda van
desde los 380 nm, el límite de la luz violeta, hasta los 15 nm, donde empiezan los rayos X.
La radiación ultravioleta de origen natural proviene principalmente del sol, aunque puede
producirse artificialmente mediante lámparas de arco.
Reacción química (redox): se produce una transferencia o intercambio de electrones de unas
sustancias a otras por medio de una gente oxidante y un agente reductor. Así la oxidación,
consiste en una ganancia de cargas positivas o pérdida de negativas. La reducción consiste
en una pérdida de las cargas positivas o ganancia de cargas negativas.
Serie lantánido: los catorce elementos que van desde el cerio al lutecio, ambos inclusive
(los lantánidos, es decir, los elementos que siguen al lantano) y los catorce elementos desde
el torio hasta el lawrencio, incluidos ellos (los actínidos, o sea los elementos que siguen al
actinio).
Síntesis: es el proceso por el cual se obtienen compuestos químicos a partir de sustancias
más simples. Las reacciones de síntesis o combinación ocurren cuando dos o más reactivos
forman un solo producto; generalmente se libera calor (Δ) (reacción exotérmica).
11
RESUMEN
Hoy en día uno de los problemas más significativos es la contaminación del recurso hídrico
por los vertidos de actividades industriales. Para que estos vertimientos no alteren de manera
significativa la calidad de agua se debe realizar el tratamiento adecuado por medio de
operaciones y procesos unitarios para reducir las cargas contaminantes de los efluentes, el
tratamiento convencional que se realiza consiste en un pretratamiento (remoción de residuos
sólidos o de mayor volumen que puedan estar contenidos), un tratamiento primario (remoción
de aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos), un tratamiento secundario (degradación del
material biológico del agua residual) y un tratamiento terciario (remoción de contaminantes
usualmente tóxicos o compuestos no biodegradables). A pesar del tratamiento convencional
que se hace, existen contaminantes que no logran ser removidos ni degradados, los llamados
contaminantes recalcitrantes, por lo que su proceso de eliminación ha requerido de nuevas
tecnologías, sin embargo, la mayoría de estas son de elevados costos y requieren grandes
cantidades de energía. Se presenta una técnica alternativa para su eliminación; la fotocatálisis
debido a sus bajos costos de producción y facilidad de aplicación, para el tratamiento de
aguas residuales y la cual puede sustituir el uso de la energía eléctrica por energía solar
haciéndola una estrategia altamente viable como sistema de tratamiento para la depuración
de aguas residuales.
Este proyecto se interesa por el estudio de la actividad fotocatalítica de óxidos
semiconductores con estructura perovskita; en particular la manganita de lantano dopada con
lantánidos trivalentes; para este caso los dopantes usados son neodimio y europio; el
porcentaje de dopante adicionado a la manganita es del 3% atómico. Para el estudio de la
actividad catalítica se usó un diodo emisor de luz (LED), con emisión de radiación
monocromática de 395 nm, longitud de onda correspondiente a la región visible del espectro
electromagnético. Como molécula de prueba se usó resorcinol, una sustancia catalogada
como contaminante recalcitrante debido a su solubilidad en agua y difícil eliminación
mediante los tratamientos convencionales. Complementan el estudio un reactor del tipo batch
con capacidad de 60ml construido en vidrio y un sistema que permite irradiar la disolución
de prueba sin que el diodo esté en contacto con la misma. El sistema completo se sumergió
en un baño termostatado que permite un adecuado control de la temperatura de operación. Se
utilizó el método espectrofotométrico de la 4-aminoantipirina (4-AAP) con el fin de
determinar la concentración del fenol en función del tiempo de irradiación. Se obtuvieron
como resultados que en las diferentes pruebas fotocatalíticas no se generó un cambio
significativo entre las concentraciones iniciales y las finales, lo cual indica que el método no
genera actividad para la radiación utilizada.
Palabras clave: Fotocatálisis, contaminante recalcitrante, depuración de aguas, aguas
contaminadas, resorcinol, manganita de lantano.
12
INTRODUCCIÓN
La contaminación del recurso hídrico es un problema local, regional y global, que aqueja a
la población desde tiempos inmemorables, ya que es uno de los factores que hace una
preocupante contribución al deterioro medio ambiente, trayendo consigo consecuencias a
corto, mediano y largo plazo.
Los constantes cambios en nuestra civilización, el crecimiento de las industrias y la falta de
compromiso con el medio ambiente de estas, han conducido al deterioro de los cuerpos de
agua debido a la alta tasa de compuestos recalcitrantes, los cuales incluyen a los
hidrocarburos, compuestos fenólicos, disolventes halogenados, colorantes y compuestos
aromáticos, que, por su estructura químicamente estable, son resistentes a cualquier
tratamiento de degradación en aguas.
En Colombia se presenta una inadecuada recolección, tratamiento y disposición de
vertimientos de aguas residuales generadas por la agricultura, la industria y el uso doméstico,
lo que conlleva a innumerables problemas sociales, aumento en los costos de tratamiento del
recurso y conflictos en la salud pública especialmente en las áreas urbanas densamente
pobladas.
Desde los años ochenta se ha venido incrementando el desarrollo de investigaciones
empleando energía solar para la eliminación de contaminantes en aguas residuales usando el
fotocatalizador adecuado. Mediante este método se aprovecha directamente la energía solar
que llega sobre la superficie terrestre que producen una serie de reacciones químicas (redox)
las cuales generan la eliminación de compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales
industriales y domésticas, modificando el estado de oxidación de los metales pesados
presentes que pasan de ser disueltos a una forma insoluble.
La fotocatálisis es una técnica que permite la transformación de especies químicas por una
serie de reacciones proporcionadas por energía a los compuestos en forma de radiación que
es absorbida por las moléculas. Esta técnica se presenta como una solución factible, debido
a sus bajos costos de producción y facilidad de aplicación, para el tratamiento de aguas
residuales en el mundo y en especial en Colombia, ya que al encontrarse en la zona tropical
hace que tenga potencial energético solar en todo el territorio, sustituyendo el uso de la
energía eléctrica, lo que facilita la aplicación de esta estrategia como sistema de tratamiento
de aguas residuales antes de su vertimiento o disposición final.
La depuración de contaminantes del agua por catálisis es efectiva ya que además de remover
contaminantes presentes en el agua, se puede combinar con otros tipos de tratamiento para
lograr mejorar la eficiencia en remoción, así como en los costos y tiempos de depuración.
Así pues, las características particulares de la fotocatálisis como estrategia para la depuración
de aguas se pueden aplicar el tratamiento de aguas residuales con diferentes cargas
contaminantes. Permite tratar cuerpos acuosos que contengan compuestos orgánicos
13
recalcitrantes, por lo regular moléculas de alto peso molecular, solubles en agua y difíciles
de degradar por microorganismos usado en los tratamientos biológicos. Reduce el consumo
de agentes químicos de los sistemas de tratamiento de aguas residuales convencionales, ya
que es una alternativa que remueve sustancias sin necesidad de tratamientos químicos
posteriores. Otra posible aplicación es el tratamiento de efluentes que contienen sustancias
inhibidoras o tóxicas para los microorganismos usados en tratamientos biológicos
posteriores, disminuyendo así los costos de operación.
Debido a lo anterior, este proyecto busca consolidar y aportar una alternativa posible para la
aplicación en sistemas depuradores de aguas residuales por fotocatálisis en la región
ultravioleta-visible del espectro electromagnético, que reduzca los costos sociales,
económicos y ambientales que se manifiestan al tratar aguas con compuestos recalcitrantes,
y de esta forma contribuir a la investigación de la comunidad científica por medio de la
realización de este trabajo de grado.
En este proyecto se propone el estudio de la manganita de lantano dopada con metales de la
serie lantánido como fotocatalizador en el tratamiento de aguas contaminadas, el cual
determina las mejores condiciones para la depuración de aguas residuales. Se utilizó
resorcinol teniendo en cuenta diferentes variables indispensables que pueden influir en las
propiedades fisicoquímicas de la manganita de lantano en el agua para así examinar la
aplicabilidad de este en la actividad fotocatalítica.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Evaluar la actividad fotocatalítica de la manganita de lantano (LaMnO3) dopada con metales
de la serie lantánida para la descomposición de resorcinol.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Deducir los intervalos de estudio para las variables seleccionadas en el diseño
experimental.
Determinar el porcentaje de descomposición de fenol alcanzado por la manganita
dopada en un determinado tiempo
14
1. ANTECEDENTES
1.1 Tratamiento de efluentes industriales de naturaleza recalcitrante usando ozono,
peróxido de hidrógeno y radiación ultravioleta. (Tatiana Rodríguez, Diego
Botelho, Eduardo Cleto)
La utilización de procesos oxidativos avanzados con ozono, peróxido de hidrógeno y
radiación ultravioleta para el tratamiento de efluentes industriales que contienen compuestos
recalcitrantes representa una oportunidad para aumentar el grado de biodegradabilidad y
alcanzar reducciones significativas de color. El uso de procesos biológicos en serie resultaría
beneficioso para completar y/o mejorar la degradación de los compuestos remanescentes,
además de permitir cumplir con los estándares de calidad de la legislación ambiental cada
vez más exigentes. De esta forma se deben realizar más estudios para determinar las
implicaciones de la aplicación de procesos oxidativos en aspectos tales como, toxicidad,
mutagenicidad, genotoxicidad, carcinogenicidad generada en los efluentes tratados.
Igualmente, se requieren estudios económicos para analizar la relación beneficio /costo y
consecuentemente la viabilidad económica para su aplicación a escala práctica.
1.2 La fotocatálisis como alternativa para el tratamiento de aguas residuales. (Luis
Fernando Garcés Giraldo, Edwin Alejandro Mejía Franco, Jorge Julián
Santamaría Arango.)
De los procesos avanzados de oxidación, dos tecnologías foto oxidativas son prometedoras
en el tratamiento de aguas residuales: la fotocatálisis heterogénea mediada por
semiconductores y la fotosensibilización con ion férrico. Existe una aplicación de la energía
solar la cual se trata para la eliminación de contaminantes en aguas residuales mediante el
uso de un fotocatalizador adecuado. Este sistema permite aprovechar directamente la energía
solar que llega a la superficie de la tierra para provocar una serie de reacciones químicas
(redox) que dan lugar a la eliminación de compuestos orgánicos en las aguas de vertidos
urbanos, industriales y agrícolas y cambiar el estado de oxidación de los metales pesados de
tal forma que pasan de estar disueltos a una forma insoluble.
15
1.3 Efecto del dopaje con elementos lantánidos sobre las propiedades ópticas,
estructurales y fotocatalíticas de TiO2. (Juan Carlos Medina)
En este trabajo se realizó una revisión acerca de los efectos que tiene el proceso de dopado
con diferentes elementos lantánidos sobre las propiedades ópticas, estructurales y
fotocatalíticas del semiconductor de Dióxido de Titanio (TiO2). En el primer capítulo se
presenta una revisión de los conceptos básicos del estado sólido iniciando con la
estructura cristalina, principios de simetría y tipos de defectos. En el segundo capítulo se
abordan en profundidad las propiedades cristalográficas del TiO2, se especifican en
detalle las principales estructuras cristalinas del TIO2 (Anatasa, Rutilo y Brookita) y las
posibles estructuras del TiO2 cuando es dopado con algunos elementos lantánidos;
adicionalmente se presenta el fenómeno de fotocatálisis heterogénea utilizando el dióxido
de titanio como semiconductor. En el tercer capítulo se resumen las características
generales de la serie lantánida y las propiedades luminiscentes del TiO2 cuando es
dopado con elementos lantánidos. Finalmente, en el cuarto capítulo se abordó en detalle
la revisión de los resultados más relevantes obtenidos de las investigaciones relacionadas
con el dopado de TiO2 con elementos lantánidos durante los últimos años, concluyendo
que, la incorporación de impurezas (iones de metales de tierras raras) en la matriz del
óxido de titanio (semiconductor) mejora la actividad fotocatalítica del TiO2 y que el tipo
de metal raro y la cantidad de metal incorporado en el TiO2 determina el efecto sobre las
propiedades fotocatalíticas y fotoluminiscentes.
1.4 Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de lantano en la
eliminación de contaminantes recalcitrantes en aguas residuales. (Cindy Camila
Muñoz Caicedo, Laura Jimena Cáceres Ramírez.)
La utilización de procesos oxidativos avanzados con ozono, peróxido de hidrógeno y
radiación ultravioleta para el tratamiento de efluentes industriales que contienen compuestos
recalcitrantes representa una oportunidad para aumentar el grado de biodegradabilidad y
alcanzar reducciones significativas de color. El uso de procesos biológicos en serie resultaría
beneficioso para completar y/o mejorar la degradación de los compuestos remanescentes,
además de permitir cumplir con los estándares de calidad de la legislación ambiental cada
vez más exigentes. De esta forma se deben realizar más estudios para determinar las
implicaciones de la aplicación de procesos oxidativos en aspectos tales como, toxicidad,
mutagenicidad, genotoxicidad, carcinogenicidad generada en los efluentes tratados.
Igualmente, se requieren estudios económicos para analizar la relación beneficio /costo y
consecuentemente la viabilidad económica para su aplicación a escala práctica.
16
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEORICO
2.1.1 Fotocatálisis
Los métodos fotocatalíticos para la degradación de contaminantes disueltos en el agua se
basan en proporcionar energía a los compuestos químicos en forma de radiación, que es
absorbida por las distintas moléculas para alcanzar estados excitados en el tiempo necesario
para experimentar reacciones químicas que conduzcan a su transformación en nuevas
especies químicas.
La fotocatálisis implica la combinación de la fotoquímica con la catálisis. Ambos, luz y
catalizador, son necesarios para alcanzar o acelerar una reacción química. Así, la fotocatálisis
puede ser definida como la aceleración de una fotorreacción mediante un catalizador. En el
caso de la fotocatálisis heterogénea, se emplean semiconductores (sólidos en suspensión
acuosa o gaseosa). Existen múltiples compuestos que actúan como fotosensibilizadores, es
posible mencionar la alúmina (Al2O3), el óxido de cinc (ZnO), el óxido de hierro (III) (Fe2O3)
y el óxido de titanio (IV) (TiO2). Sin embargo, el más ampliamente usado en aplicaciones
fotocatalíticas es el óxido de titanio (IV) (Degussa p25) en forma de anatasa 99% y en forma
de rutilo 1%, ya que presenta una mayor actividad fotocatalítica, no es tóxico, es estable en
soluciones acuosa y no es costoso, habiéndose evaluado diferentes estructuras del mismo. (L.
Garcés,2004)
La fotocatálisis heterogénea ha sido ampliamente estudiada en las últimas décadas en las que
han sido analizadas sus propiedades en relación al uso de la radiación en una longitud de
onda adecuada para usos diversos como la reacción de explicitación del agua, la formación
de hidrógeno, remediación ambiental, disminución de la cantidad de contaminantes
orgánicos, la eliminación de bacterias y también a la síntesis orgánica. (J. Herrmann, 2009)
En el campo de la gestión de aguas residuales se ha buscado su utilización en la degradación
de sustancias contaminantes en efluentes líquidos, en este caso particular, se ha observado
una degradación no selectiva de los contaminantes que se verifica por medio de procesos de
oxidación y reducción paralelos donde se usa como agente oxidante el oxígeno del aire. (H.D.
Burrows, 2002) Este proceso consiste en la absorción de radiación por parte de una especie
fotoreactiva que permite la generación de radicales libres en el seno del cuerpo acuoso con
lo que se inicia una secuencia de reacciones que conducen a la destrucción de los
contaminantes presentes. La especie fotoreactiva, también conocida como fotosensible, es un
sólido que funge como catalizador y que por ello, no participa en las reacciones que ocurren
17
en el agua contaminada. Se puede entender la degradación fotocatalítica como el conjunto de
procesos cíclicos en los que los contaminantes de un cuerpo acuoso se foto degradan, la
regeneración del catalizador permite que la secuencia de reacciones continúe
indefinidamente hasta que se destruya todo el sustrato (Y. Yuan, 2008)
𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜 + ℎ𝑦 → 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜 (𝑒(𝑏𝑐)− + ℎ(𝑏𝑣)
+ ) (1)
𝑂𝐻− + ℎ(𝑏𝑐)+ → 𝑂𝐻 (2)
𝑂2 + ℎ(𝑏𝑐)− → 𝑂2
− (3)
𝑂2− + 𝐻+ → 𝐻𝑂2 (4)
2𝐻𝑂2 → 𝑂2 + 𝐻2𝑂2 (5)
𝐻2𝑂2 + 𝑂2− + 𝑂2 (6)
Los sólidos más comúnmente estudiados como fotocatalizadores son óxidos
semiconductores, en particular el dióxido de titanio, en atención al valor del band-gap que
coincide con la energía suministrada por la radiación visible y también por su estabilidad
química que le da una amplia vida útil, además de lo anterior se puede hacer mención del
precio y disponibilidad de este material. (L. Bouna, 2013)
La técnica es muy versátil, pero al ser un tratamiento de tercer orden, requiere para su buen
funcionamiento de la realización de tratamientos previos como la eliminación de sedimentos,
es decir, implica la adecuación de cada tipo de agua a tratar y por ello, se han de tener en
cuenta condiciones o características de los cuerpos acuosos a depurar; se pueden mencionar
entonces aspectos que favorecen la aplicación de este tratamiento:
Concentración de contaminantes orgánicos en el agua. La eficiencia de este proceso
está íntimamente ligada a la concentración de los contaminantes, es preferible que
ésta se encuentre en valores bajos ya que se torna ineficiente cuando la concentración
es mayor a 1 g/l.
Presencia de contaminantes no biodegradables. Este tratamiento es una interesante
alternativa a los procedimientos biológicos, en particular para contaminantes que no
son fácilmente eliminados por su baja biodegradabilidad
Presencia de contaminantes peligrosos: debido a su baja selectividad en el
procesamiento, para este tipo de contaminantes es de buen recibo, además puede
usarse para aguas que contienen uno o más contaminantes.
18
Contaminantes cuyo tratamiento convencional es difícil: aunado a lo anterior, se
puede usar cuando los tratamientos convencionales no son efectivos o son de costo
elevado para la remoción de contaminantes.
La fotocatálisis presenta una ventaja basada en la posibilidad de ser empleada en
diversas mezclas aún aquellas de un alto grado de complejidad.
El usar como fuente energética la radiación solar la hace muy interesante en función
a la disminución de los costos de operación, junto a lo anterior,
La posibilidad de encontrar subproductos ambientalmente aceptables y no generar
residuos adicionales como las otras técnicas para la depuración de aguas
contaminadas. Es entonces una técnica que se puede catalogar como ambientalmente
sostenible.
2.1.2 Factores que afectan el proceso de fotocatálisis
La actividad del catalizador y su duración se ven influenciada por diversos factores que han
de ser estudiados y analizados para cada tipo de efluente a tratar, a continuación, se presenta
una breve descripción de algunos de ellos y de sus efectos sobre el catalizador.
Tipo y composición del fotocatalizador
Parámetros como la composición química, área superficial, porosidad, brecha energética,
tamaño de partícula, estructura cristalina y presencia de especies contaminantes entre otros,
afectan de manera directa la actividad fotocatalítica de los semiconductores; su efecto puede
manifestarse de formas diferentes como el favorecimiento-desfavorecimiento (M. Carnie,
2012) del proceso de adsorción sobre la superficie del sólido, actuar como inhibidores de los
sitios activos del catalizador, afectar el proceso de recombinación de electrones.
Naturaleza y concentración de la sustancia a descomponer
Diversos estudios como el de Laperot (M. Lapertot, 2006), dan cuenta de la importancia de
la estructura química del compuesto a reaccionar con la velocidad de la reacción, este
fenómeno se constituye entonces en parámetro importante en la selección de la molécula
usada como piloto en los ensayos (E. Albiter, 2012). La concentración del contaminante en
el cuerpo acuoso es así mismo, parámetro de gran relevancia; se ha observado que el
incremento en la concentración (C. Guillard, 2003), en un primer estado se aprecia un
incremento en la velocidad de transformación, una concentración demasiado alta de
contaminantes afecta la absorción de energía radiante por parte del catalizador. Por lo
anterior, se hace necesario entonces el establecimiento el intervalo óptimo de
19
concentraciones de sustancias contaminantes para ser tratadas por esta técnica de depuración
de aguas residuales. Otra eventualidad es que puede aparecer alguna especie mucho más
tóxica que la que se desea eliminar (A. Hamrouni, 2013), por lo tanto, se hace indispensable
un seguimiento de las especies químicas generadas durante el tratamiento fotocatalítico.
Intensidad y longitud de onda de la radiación
La intensidad de la radiación determina el alcance de la absorción de energía por parte del
catalizador, se ha establecido que la velocidad de promoción de electrones de la capa de
valencia a la de conducción guarda una estrecha relación con este parámetro (A.
Hamrouni,2013), de lo anterior se desprende la necesidad de contar con una distribución
uniforme de la radiación en el seno de la mezcla reactiva (M. Buchalska, 2013). En relación
con el efecto que pueda tener la longitud de onda de la radiación aplicada sobre la velocidad
y el rendimiento de la reacción de descomposición fotocatalítica de la sustancia usada como
piloto de pruebas. Investigaciones al respecto han encontrado que en la zona UV, los mejores
resultados se producen a 300nm.
Carga del catalizador
Se ha encontrado un incremento de la actividad catalítica frente al incremento en la cantidad
de catalizador utilizada, seguida de una disminución de la misma ocasionada en fenómenos
de aglomeración de las partículas del catalizador y en la dificultad de penetración de la luz
incidente, se hace necesario entonces determinar la carga óptima del catalizador para cada
proceso.
pH del medio de reacción
El pH es un parámetro de primordial importancia en la catálisis pues de con él se encuentra
asociada la estructura de los compuestos, la solubilidad y en muy buena medida su estabilidad
química. El pH puede variar en un gran intervalo en las aguas usadas y afecta la formación
de radicales hidroxilo, es de esperar que un valor alto de pH favorezca la formación de esta
especie pues hay una buena disponibilidad de iones hidróxido. Además, el pH muestra una
influencia en la superficie de los sólidos, afecta la carga eléctrica y su distribución, el tamaño
de las partículas presentes en el agua pues favorece o no la formación de agregados con lo
que se ve alterada la penetración del a luz en el agua.
20
Técnicas de uso del catalizador
Se dispone de dos formas en las cuales usar el catalizador en los sistemas de depuración. La
primera de ellas es suspenderlo en el cuerpo acuoso a tratar, esta forma presenta los mejores
resultados debido a la facilidad para la difusión de los compuestos a degradar y de sus
intermediarios, pero dificulta la forma de recuperar el catalizador para su posterior
reutilización con lo que el costo de operación se eleva. La segunda técnica consiste en
inmovilizar el catalizador sobre un soporte adecuado, esto facilita la recuperación del sólido
para su posterior reutilización, pero, permite la adsorción de sustancias intermediarias, con
lo que la superficie activa del catalizador disminuye ocasionando una caída en la actividad
del catalizador. La estabilidad y reactividad del catalizador están influenciadas por la
cantidad de grupos hidroxilo, el avance de la reacción disminuye la densidad superficial de
esta especie con lo que la actividad decae, es importante estudiar estrategias para disminuir
la concentración y tiempo de vida de las especies intermediarias en la descomposición de los
contaminantes. (Herrmann, 1999)
Presencia de sustancias interferentes
Teniendo en cuenta la variedad en la composición de los efluentes que se pueden tratar por
este método de depuración, así como las modificaciones que se presentan durante el proceso,
se hace primordial el conocimiento de las especies presentes en el efluente a tratar. Se
encuentran de manera regular concentraciones variables de calcio, magnesio, hierro, cinc,
cobre, bicarbonato, fosfatos, nitratos, sulfatos, cloruros y materia orgánica disueltos. El pH
afecta la actividad de estas especies y su existencia simultánea puede conducir a la formación
de especies que disminuyan la concentración de los radicales promotores de la
descomposición de los contaminantes o, conducir a la formación de precipitados que
disminuyan la cantidad de sitios activos sobre la superficie del catalizador disminuyendo así
su actividad. (Herrmann, 1999).
2.1.3 Contaminantes recalcitrantes.
La calidad del agua puede ser alterada por una gran variedad de contaminantes orgánicos e
inorgánicos cuyo origen es natural y antropogénico. La mayor parte de estos contaminantes
pueden ser removidos o degradados por una serie de operaciones y procesos unitarios que
conforman un proceso de tratamiento. Los procesos convencionales comúnmente utilizados
para remover los contaminantes de tipo fisicoquímicos (decantación, coagulación
floculación, filtración entre otros) y biológicos (Aerobios y anaerobios); sin embargo, existe
un grupo de contaminantes en el agua, denominados recalcitrantes, los cuales no pueden ser
degradados por los métodos antes citados. (E. Urzúa, 2007).
21
Debido a la necesidad de tratamientos más eficientes de los efluentes industriales, con el fin
de cumplir con los valores límites exigidos por la legislación ambiental cada vez más
exigente, se han desarrollado nuevas tecnologías durante las últimas décadas. Entre las
tecnologías más promisorias se encuentran los denominados procesos oxidativos avanzados
(POA). Los POA se basan en la generación de radicales hidroxilos (OH). Esta especie es
altamente oxidante y no selectiva que puede promover la degradación de varios compuestos
contaminantes en pocos minutos. Incluso, los radicales OH pueden modificar la estructura
química de compuestos orgánicos recalcitrantes convirtiéndolos en compuestos más simples,
de menor masa molecular, menos tóxicos a los microorganismos y, consecuentemente, más
biodegradables. Después del flúor, el radical libre OH es el oxidante con mayor potencial de
oxidación. (T. Rodríguez, 2008)
2.1.4 Resorcinol.
Es un sólido (C6H4(OH)2) cristalino de color blanco que vira a rosa por exposición al aire o
la luz; su punto de fusión es de 110ºC, punto de ebullición 281ºC; es soluble en agua, alcohol,
éter, glicerina, benceno y alcohol amílico. Su pH en solución acuosa es de 5,03 (Gesser H.,
1993). Su estructura química se muestra en la figura 1.
Figura 1. Estructura del Resorcinol
Fuente. GESSER, Hawley. Diccionario de química y de productos químicos. España. Ed: OMEGA,
1993.
Los compuestos hidroxibencénicos como el resorcinol son ampliamente utilizados en la
fabricación de gran cantidad de productos como fertilizantes, pinturas, resinas, explosivos,
perfumes, plásticos, industria farmacéutica entre otras. El resorcinol es un importante
intermediario en la manufactura de químicos sintéticos como hexilresorcinol, acido p-amino
salicílico y también, agentes protectores de resinas. Los rendimientos para estos procesos de
síntesis de este son aproximadamente de 60% - 70%, y se puede asegurar que los desechos
acuosos generados contienen resorcinol, debido a su elevada solubilidad en agua (140g/100
mL). (Gesser H., 1993)
22
2.1.5 Neodimio (Nd).
El neodimio es un tipo de metal lantánido, es decir, del grupo de las tierras raras, dentro del
cual ocupa un lugar muy importante, pues es el más reactivo de todos y el que se oxida con
mayor facilidad y rapidez al hacer contacto con el aire, razón por la cual el elemento debe
mantenerse sellado herméticamente o cerrado al vacío. Se trata de otro de los metales que
componen el metal de Misch, caracterizándose también por su brillo plateado.
Este elemento se puede encontrar en dos formas alotrópicas, una con estructura de doble
hexagonal o una cúbica y de cuerpo centrado. En la naturaleza, el neodimio tiene 7 isótopos
estables, siendo el Nd-142 el más conocido, aunque se conocen otros 14 isótopos radiactivos.
El neodimio es parte del metal de Misch, utilizándose comúnmente en el ámbito metalúrgico
y también en herramientas de incineración de todo tipo, por ejemplo, en simples
encendedores de bolsillo. Otro uso común del neodimio refiere al campo de la astronomía,
donde se usan varios de sus vidrios de colores, ideales para la calibración de líneas
espectrales.
Entre otras cosas, el neodimio se emplea en la producción de gafas de seguridad, soldadores
y esmaltes de colores. Sus grandes propiedades magnéticas lo hacen sumamente útil en la
producción de fuertes imanes. (VIX, 2018)
2.1.6 Europio (Eu).
El europio es considerado el elemento químico más reactivo del grupo de los lantánidos. Es
un metaloide maleable, dúctil, duro como el plomo, pero puede ser moldeado con mucha
facilidad. A temperatura de 150 °C y 180 °C se inflama como todos los actínidos y lantánidos
a excepción del lantano. Actualmente, se conocen 17 isótopos del europio, algunos son
buenos absorbiendo neutrones y son estudiados para ser usados en aplicaciones en el control
nuclear.
Este elemento químico es uno de los menos usado en las actividades humanas. Sin embargo,
es utilizado para la producción de ciertos materiales que se usan en la construcción de algunos
tipos de láser. En la industria atómica es usado en barras de control y veneno nuclear, estos
son materiales que se adicionan al reactor para equilibrar el exceso de reactividad en un
inicio, y su elección depende de la manera en la cual son consumidos, la cual está relacionada
con la velocidad con la cual disminuye el exceso de actividad. (iQuimicas., 2018.)
Las manganitas dopadas se obtienen por colaboración con el profesor Luis Carlos Moreno
Aldana del departamento de química de la Universidad Nacional de Colombia integrante del
grupo Aplicaciones Fisicoquímicas del Estado Sólido (AFES), con quienes el Profesor Oscar
Gerena viene trabajando hace doce (12) años, en la síntesis caracterización fisicoquímica y
23
evaluación de propiedades termodinámicas de perovskitas preparadas por método de la
química suave.
El Nd y Eu se proponen como dopantes de la manganita de lantano toda vez que se ha
encontrado en la literatura que el reemplazo del catión central en los octaedros por metales
con radios iónicos semejantes presenta corrimientos de la brecha energética (band-gap) a
valores energéticos que corresponden a energía de la zona visible. En aras de mejorar la
actividad fotocatalítica se han abierto diversos frentes de trabajo, uno de ellos es abordar el
estudio de nuevas técnicas para la síntesis del sólido (S.R. Shannigrahi., 2011), con ello se
pretende mejorar las características del catalizador al modificar su estructura cristalina, área
superficial, tamaño de cristalito y tamaño de partícula. Como segunda estrategia, se ha
estudiado el dopaje con una amplia gama de cationes y aniones (R. Marschall., 2014) a fin
de modificar el valor de brecha energética del semiconductor con lo que se pretende ampliar
al margen de uso del espectro electro magnético.
2.1.7 Método colorimétrico de la 4-AAP para la determinación de fenoles en
agua.
El método colorimétrico de la 4-AAP está basado en la destilación de los fenoles y la
subsecuente reacción de estos con 4-aminoantipirina a un pH de 7,9 ± 0.1 en presencia de
ferrocianuro de potasio, formando compuestos de un color amarillo intenso a rojo, midiendo
su absorbancia a una longitud de onda de 500nm (F. Osorio, 2012.)
Los fenoles son muy solubles en agua y se presentan como resultados de la polución con
residuos industriales; al aplicar cloro a dichas aguas, para su desinfección, se forman
clorofenoles y se presentan problemas de olores y sabores indeseables a muy bajas
concentraciones. En concentraciones altas es muy tóxico. Causa irritación renal y hasta la
muerte, pero su ingestión es improbable por su sabor desagradable. Tóxico para los peces.
Muy usado como bactericida, pero es biodegradable. (Rodríguez y Alfonso, 2007)
Desde el punto de vista analítico el término fenol engloba este producto y sus homólogos
inmediatamente superiores. El fenol se emplea como patrón y el resultado obtenido
corresponde a la concentración mínima de compuestos fenólicos presentes en la muestra.
El método colorimétrico de la 4-Aminoantipirina es muy sensible y está particularmente
adaptado para concentraciones entre 0,1 mg/L y 5 mg/L. Este método permite la
determinación del fenol y de los compuestos sustituidos en orto y meta, pero no la de los
compuestos en para (por ejemplo, p-cresoles). (Rodríguez C., 2007)
24
2.2 MARCO CONCEPTUAL
La fotocatálisis se ve favorecida por factores como la facilidad para promover electrones de
la capa de valencia a la de conducción, es decir un valor energético bajo y que se ubique en
la región visible del espectro electromagnético a fin de no requerir fuentes de otra índole a la
luz natural, pero no es el único requerimiento, además es de interés contar con un sólido que
diferencie muy bien los electrones promovidos de los huecos dejados en la superficie, esto
con el objeto de evitar al máximo la recombinación de estos con lo que se eliminaría el efecto
deseado, es decir se debe dar un tiempo de vida alto a los electrones y los huecos. Este
comportamiento debe ir acompañado con facilidades a nivel de superficie que permitan la
difusión de los contaminantes hacia el sólido a la par que la difusión de los productos de
reacción hacia el seno de la disolución.
El sólido comúnmente usado es el dióxido de titanio, ha sido investigado exhaustivamente
en el sentido de abordar los diversos métodos de síntesis de semiconductores tanto por las
rutas de la vía seca como de la vía húmeda o química suave. Así mismo se ha dopado tanto
con cationes como con aniones, se ha usado como soporte para otros sólidos que actúan como
catalizadores o co-catalizadores. Se ha examinado con detalle el efecto de los métodos de
preparación y maquinado sobre su actividad. Empero los avances empiezan a ser exiguos,
por ello, se hace necesario abordar el estudio de otros sólidos promisorios como en este caso
la manganita de lantano.
Este material específico presenta un conjunto de propiedades que lo hacen muy interesante
en diversos campos de la ciencia de los materiales, para nuestro estudio en particular, se desea
sacar provecho de su estructura de tipo perovskita al deformarla por adición de un dopante
del mismo estado de oxidación del lantano. Se espera que este proceso se vea reflejado en
una disminución de la brecha energética y que el método de preparación conduzca a la
formación de partículas nanométricas policristalinas que permitan usarlo en la
descomposición fotocatalítica de sustancias orgánicas disueltas en agua.
En este orden de ideas aprovechando las características propias de la manganita de lantano
de presentar una actividad fotocatalítica, se pretende mejorar esta propiedad dopando con
lantánidos trivalentes la idea central es aprovechar la diferencia de radios de los elementos
usados como dopantes en relación al del átomo de lantano para con ello ofrecer la posibilidad
de disminuir la brecha energética vía cambios en la configuración electrónica como en la vía
de modificaciones en la estructura cristalina ocasionadas por la distorsión de ésta ocasionada
por supuesto por el reemplazo aplicado.
25
2.3 MARCO LEGAL
NORMA DESCRIPCIÓN APLICABILIDAD EN LA TESIS
Decreto-Ley 2811 de
1974
Por el cual se dicta el Código
Nacional de Recursos Naturales
Renovables de Protección al
Medio Ambiente.
Fijar requisitos necesarios para los sistemas de
eliminación de excretas y aguas servidas, las cuales se
describen en libro segundo, parte III, título VI, capítulo
II, en el artículo 145 se dice: cuando las aguas servidas no
puedan llevarse a sistema de alcantarillado, su tratamiento
deberá hacerse de modo que no perjudique las fuentes
receptoras, los suelos, la flora o la fauna. Las obras
deberán ser previamente aprobadas
Decreto 3930 de 2010
Por el cual se reglamenta
parcialmente el Título I de la
Ley 9ª de 1979, así como el
Capítulo II del Título VI -Parte
III- Libro II del Decreto-ley
2811 de 1974 en cuanto a usos
del agua y residuos líquidos y se
dictan otras disposiciones.
Se tienen en cuenta los parámetros establecidos para los
diversos tratamientos de aguas de acuerdo a su uso y
disposición, en el cual se obtenga una remoción de la
carga del 80 % como mínimo para ser vertida a una fuente
superficial. Se considerarán los artículos 20, 42, 45 los
cuales expiden lo siguiente: - - Artículo 20: Considérese
sustancias de interés sanitario entre otras los compuestos
fenólicos mediante la Carga Máxima Permisible (CMP)
en las unidades miligramo por litro (mg/L). - - Artículo
42: Los criterios de calidad admisibles para la destinación
del recurso para fines recreativos mediante contacto
primario para los compuestos fenólicos una CMP de
0.002 mg/L - - Artículo 45: criterios de calidad admisibles
para la destinación del recurso para preservación de fauna
y flora en aguas, para los compuestos fenólicos una CMP
de 1.0 (unidad tóxica regulada por EPA) es decir 1.0
mg/L.
Resolución 0631 de
2015
Por la cual se establecen los
parámetros y los valores límites
máximos permisibles en los
vertimientos puntuales a cuerpos
de aguas superficiales y se dictan
otras disposiciones.
Se emplearán los valores máximos permisibles de
sustancias recalcitrantes para la reducción o eliminación
de los contaminantes en las aguas residuales.
Resolución 1433 DE
2004
Por la cual se reglamenta sobre
los Planes de Saneamiento y
Manejo de Vertimientos,
PSMV, y se adoptan otras
determinaciones.
Se tomarán en consideración las condiciones necesarias
para avanzar en el saneamiento y tratamiento de los
vertimientos de las aguas usadas.
26
3. METODOLOGÍA
3.1 CONSULTA BIBLIOGRÁFICA
3.1.1 Concentración
No existen reglas generales, pues cada aplicación de fotocatálisis debe desarrollarse
individualmente, pero se puede esperar que para un determinado caso la concentración
máxima orgánica deberá ser de varios cientos de miligramos sobre litro (mg/L o ppm). Si
bien el límite varía con la naturaleza de los contaminantes, la fotocatálisis no es normalmente
una opción conveniente si las concentraciones superan el valor de 1000 ppm (a menos que
se recurra a una etapa previa de dilución) (Reinosa, 2009).
En las aguas residuales de industrias químicas, farmacéuticas, papeleras, fundición de hierro,
etc., las concentraciones típicas de fenoles varían entre 35 y 400 mg/L. Sin embargo, existen
casos extremos como en algunas aguas residuales de petroquímicas, donde residuos como las
sosas gastadas contienen concentraciones totales de fenoles muy altas, las cuales pueden
alcanzar valores de 30,000 a 50,000 mg/L (Buitrón, et al., 2007).
3.1.2 Carga del catalizador
El catalizador, además de aumentar la velocidad de la transformación, puede cambiar la
selectividad de una reacción si el nuevo camino es capaz de favorecer o de dificultar la
formación de determinados productos finales. Algunos catalizadores pueden provocar
reducciones de la barrera energética que implican aumentos de la velocidad de la reacción.
(Romero, 2004)
Se ha encontrado un incremento de la actividad catalítica frente al incremento en la cantidad
de catalizador utilizada, seguida de una disminución de esta ocasionada en fenómenos de
aglomeración de las partículas del catalizador y en la dificultad de penetración de la luz
incidente. Por consiguiente, se hace necesario entonces determinar la carga óptima del
catalizador para cada proceso.
3.1.3 pH
El pH puede afectar las propiedades del catalizador y la forma química del compuesto a
degradar, lo cual se manifiesta en alteraciones de la velocidad de degradación y la tendencia
a desactivar el catalizador. Normalmente el proceso de fotocatálisis es más eficiente en medio
acido (3 ≤ pH ≤ 5). Al elevar el pH el poder oxidante disminuye y el reductor aumenta, debido
27
a la dependencia del potencial de banda de conducción del catalizador. Las variaciones de
pH pueden ser (3; 5 y 7) (Reinosa, 2009)
3.1.4 Tiempo de radiación
El reactante ejecutado es llevado al fotorreactor en vidrio y en ausencia de radiación se
contabilizan 20 minutos de agitación para que se propicie la adsorción. Después de la etapa
de adsorción para iniciar la reacción fotocatalítica se estableció según estudios previos un
periodo de 120 minutos para esta reacción. (Reinosa, 2009)
3.2 DISEÑO DE EXPERIMENTO
El diseño experimental es de tipo 2n; teniendo en cuenta las tres variables las cuales son la
carga del catalizador, la concentración para cada ensayo y por último el tiempo. Se realizó la
selección de los ocho (8) ensayos por medio del programa IBMSPS Versión 23 en el cual se
observa como varían las tres variables consideradas.
Tabla 1. Ensayos realizdos
Muestra Concentración
(mg/L)
Carga
(mg/L)
Tiempo
(min)
1 300 40 5
2 300 40 20
3 300 10 20
4 700 20 20
5 700 10 20
6 500 20 10
7 500 20 20
8 500 40 20 Fuente: Autores. 2019
3.3 EXPERIMENTO
3.3.1 VARIABLES CONSIDERADAS EN EL PROCESO
3.3.1.1 Volumen y concentración del agua contaminada
El volumen utilizado en la muestra para irradiar fue de 60 ml, lo cual corresponde con la
capacidad del reactor que se usó para los ensayos. En cuanto al agua simulada las
concentraciones iniciales de resorcinol definidas para trabajar son de 300 ppm, 500 ppm y
700 ppm.
28
3.3.1.2 Carga del catalizador
En el caso de la carga de la Manganita de lantano (LaMnO3) se establecieron tres valores los
cuales son de: 10 mg/L, 20 mg/L y 40 mg/L
3.3.1.3 Tiempo de radiación
Para el tiempo de radiación se tomaron alícuotas cada 5, 10 y 20 minutos según corresponda
cada ensayo y de esta manera poder dar lugar a la reacción de la fotocatálisis; así; de esta
manera centrifugar para tomar la lectura correspondiente en el espectrofotómetro.
3.3.2 PREPARACIÓN DE REACTIVOS
3.3.2.1 Preparación de la solución patrón de resorcinol
Disolución madre de resorcinol (solución patrón A, 1000 ppm)
Se preparó inicialmente una disolución madre de Resorcinol pesando 1 g del resorcinol en 1
L de agua destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.
Disolución intermedia de resorcinol (solución patrón B, 100 ppm)
Esta disolución se preparó tomando 10 ml de la disolución patrón A con pipeta graduada, y
se aforó a 100 ml con agua destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.
Disolución estándar de resorcinol (solución patrón C, 10 ppm)
Se tomaron 10 ml de la disolución patrón C con una pipeta graduada, y se aforó a 100 ml con
agua destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.
3.3.2.2 Disoluciones de Resorcinol para ensayos.
Disolución a 300 ppm
Se pesaron 0.150 g de Resorcinol y se disolvieron en agua destilada. Se llevó a un matraz el
cual se aforó con agua para completar los 500 ml y por último se guardó en una botella ámbar.
Disolución a 500 ppm
Se pesaron 0.250 g de Resorcinol y se disolvieron en agua destilada. Se llevó a un matraz el
cual se aforó con agua para completar los 500 ml y por último se guardó en una botella ámbar.
29
Disolución a 700 ppm
Se pesaron 0.350 g de Resorcinol y se disolvieron en agua destilada. Se llevó a un matraz el
cual se aforó con agua para completar los 500 ml y por último se guardó en una botella ámbar.
3.3.2.3 Disoluciones para la curva de calibración.
Disolución de hexacianoferrato de potasio K3[Fe (CN)6] al 8%
Se pesaron 8 g de hexacianoferrato de potasio en una balanza analítica los cuales se diluyeron
en 100 ml de agua destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.
Disolución de 4-Aminoantipirina (4-AAP) C11H13N3O al 2%
Se pesaron 2 g de 4-AAP en una balanza analítica, los cuales se diluyeron en 100 ml de agua
destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.
3.3.3 Curva de calibración
Para poder determinar la concentración de fenoles por medio del método de la 4-
aminoantipirina y obtener la curva de calibración se realizó el siguiente procedimiento:
a) Se tomaron alícuotas de 1, 2, 3 y 4 ml de la disolución patrón C y se aforó cada una
a 10 ml con agua destilada, para de esta forma obtener disoluciones de 1, 2, 3 y 4 ppm
respectivamente.
b) A cada patrón se le adicionó 0,5 ml de disolución de amoníaco 2 M; se ajustó el pH
a 10,00 con Ácido Sulfúrico 0.5 M
c) Posteriormente, se agitó adicionó 0,25 ml de la disolución de 4-Aminoantipirina al
2%
d) Luego, se agitó por 15 minutos y adicionó 0,25 ml de la disolución de
hexacianoferrato de potasio K3[Fe (CN)6] al 8%
e) Se preparó un blanco con 10 ml de agua destilada.
f) Por último, se leyó en el espectrofotómetro las muestras, donde se realizó una gráfica
con los datos y su regresión lineal para obtener la ecuación de la curva.
30
Tabla 2. Dosificación reactivos para curva de calibración
#
Muestras
Disolución
patrón C (ml)
H2O
(ml)
NH4OH
(ml)
4-AAP
(ml)
K3[Fe(CN)6]
(ml)
Blanco 0 10 0,5 0,25 0,25
1 1 9 0,5 0,25 0,25
2 2 8 0,5 0,25 0,25
3 3 7 0,5 0,25 0,25
4 4 6 0,5 0,25 0,25
Fuente: Autores, 2019.
3.3.4 Montaje del reactor
El sistema que se utilizó para los ensayos fotocatalíticos se basa en un reactor de vidrio tipo
Batch el cual tiene una capacidad de 60 ml (Figura 2), el cual fue recubierto con dos capas;
la primera es una capa de papel de aluminio con la cual se facilita la reflexión de la radiación
a su interior, y la segunda es una capa de un material negro que en este caso fue de fomi
donde se evita el paso de luz (Figura 3); en su interior fue introducido un diodo emisor de luz
de 395 nm de longitud de onda, el cual es cercano a la región visible (Figura 4). Este reactor
se sujeta a un soporte universal mediante una pinza la cual garantiza la estabilidad, por
último, el sistema es suspendido sobre una plancha de agitación magnética para así lograr
una agitación constante durante el tiempo de reacción (Figura 5).
Figura 2. Reactor de vidrio tipo Batch
31
Figura 3. Reactor cubierto
Figura 4. Diodo emisor de luz Figura 5. Montaje de reactor
32
3.3.5 Ajuste de variables
Antes de introducir la solución a irradiar se ajustaron las condiciones de las variables que se
establecieron por medio de los siguientes pasos:
a) Con una pipeta graduada se tomaron los 60 ml de la disolución de Resorcinol a utilizar
para irradiar en el reactor a la cual se le leyó el pH el cual se ajustó a 7,00.
b) Se pesó en la balanza analítica los gramos correspondientes de la manganita de
lantano establecidos para cada ensayo, posterior se adicionaron en un vaso
precipitado junto con la disolución de resorcinol.
c) Se introdujo en un baño de ultrasonido la disolución mezclada con el catalizador, la
cual se sonicó por un tiempo de 15 minutos, de esta manera se logra que se disgreguen
las partículas del fotocatalizador y se homogeniza la mezcla antes de irradiarla.
(Figura 6)
Figura 6. Ultrasonido Elmasonic E 60 H
3.3.6 Pruebas Fotocatalíticas
Se realizó el siguiente procedimiento luego del ajuste de las variables.
a) Cuando se terminó el proceso de sonicación, se introdujo en el reactor la disolución
la cual se agitó durante 20 minutos en ausencia de radiación; transcurridos los 20
minutos se encendió en diodo según el tiempo establecido.
b) Transcurrido el tiempo de agitación con el diodo se tomaron dos alícuotas de 10 ml
con una pipeta graduada, los cuales se introdujeron en tubos de centrifugar; de esta
manera se centrifugó durante 10 minutos a 4.000 RPM (revoluciones por minuto),
33
este procedimiento asegura la separación del catalizador del agua y así evitar que la
turbiedad de la mezcla interfiera con la determinación colorimétrica. (Figura 7)
c) Una vez transcurridos los 10 minutos de centrifugar se tomó una alícuota de 1 ml del
sobrenadante para proceder con la reacción de coloración. (Figura 8)
Figura 7. Centrifuga DINAC II
Figura 8. Sobrenadante
3.3.7 Método 4-aminoantipirina (4-APP)
Para la reacción de color entre la 4-Aminoantipirina y los compuestos fenólicos se realizó el
siguiente protocolo:
a) Luego de centrifugar y tomar 1 ml del sobrenadante, se llevó a un balón aforado al
cual se le adicionaron 0,5 ml de disolución de amoníaco 2M; posterior a esto se le
ajustó el pH a 10,00 ± 0,1 con Ácido sulfúrico (H2SO4) 0,5 M.
34
b) Luego de ajustar el pH a 10,00 ± 0,1 se le adicionó 0,25 ml de disolución de 4-
Aminoantipirina al 2%.
c) Posterior a esto se le adicionó 0,25 de disolución de Hexacianoferrato de potasio,
K3[Fe (CN)6] al 8%.
d) En seguida se completó a un volumen de 10,5 ml (volumen usado para la curva de
calibración) con agua destilada, es decir 8,5 ml aproximadamente.
e) Finalmente se llevó el balón aforado a una plancha de agitación durante 15 minutos
para dar lugar a la reacción de formación del color (Figura 9), para luego leer
inmediatamente en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 510 nm (Figura
10).
Figura 9. Reacción de color
Figura 10. Lectura en 7espectrofotómetro
35
3.4 CAPTURA DE DATOS
El procedimiento seguido condujo a la obtención dieciséis muestras con sus respectivos
duplicados para un total de treinta y dos muestras. Dieciséis muestras fueron utilizadas para
el sólido dopado con neodimio y las otras dieciséis para el sólido dopado con europio. Para
cada muestra, una vez surtida la reacción de coloración, se leyó su valor de absorbancia en
el espectrofotómetro y, por interpolación en la curva de calibración preparada se obtuvo la
concentración del resorcinol, una vez corregido este valor por el factor de dilución se
realizaron los cálculos para determinar si existe una actividad fotocatalítica; así construir las
gráficas de concentración del Resorcinol en función del tiempo, y por último determinar el
porcentaje de eliminación de Resorcinol; indicando que ensayo y que dopante es el más
eficiente del total de ensayos que se realizaron.
36
Figura 11. Flujograma de la metodología proyecto
Fuente. Autores 2019
Preparación de
soluciones
Disolución de
concentración
Disolución para
estandarización
Disoluciones de
fenol
* Hexacianoferrato de potasio
K3[Fe (CN)6] al 8%
*4-Aminoantipirina (4-AAP) al
2%
*300 ppm
*500 ppm
*700 ppm
-Disolución madre (Patrón A) -Disolución intermedia (Patrón B) - Disolución estándar (Patrón C)
Variables consideradas en
el proceso
- Volumen: 60 ml
- Concentración: 300,
500, 700 ppm
Tiempo de
reacción
Carga del
catalizador Agua Contaminada
5,10 y 20 minutos 10 mg/L, 20 mg/L y
40 mg/L
Inicio
Diseño de experimento
Consulta bibliográfica
Tipo: 2n Programa: Ocho (8) ensayos con
dupiclado
Concentración
Carga del catalizador
*Aguas residuales
industrias: 35 y 400 mg/L
*Concentraciones totales de
fenoles muy altas: 30,000 a
50,000 mg/L
Incremento de la actividad
catalítica frente al
incremento en la cantidad
de catalizador utilizada
pH Tiempo de
radiación
3.00, 5.00 y
7.00 * Ausencia de radiación:
20 minutos
* Tiempo de radiación:
120 min
Metodo 4-
aminoantipirina
(4-APP)
Reacción de color entre
la 4-APP y los
compuestos fenólicos
Montaje del
reactor
Curva de
calibración
Metodo de la 4-
aminoantipirina (4-
APP)
*Reactor de vidrio
tipo Batch (60 ml)
* Diodo (1W)
Experimento
Captura de datos
FIN
Lectura de
absorbancia de las
32 muestras.
Graficas de
concentración en
función del tiempo
Porcentaje de
eliminación de
resorcinol, ensayo y
dopante más
eficiente
Ajuste de
variables
Pruebas
fotocatalíticas
* Concentración
*Carga
* Tiempo
* Sonicación
*Agitación
(con/sin diodo)
* Centrifugación
37
4. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
4.1 CURVA DE CALIBRACIÓN
Se elaboró la curva de calibración con el objetivo de determinar la concentración del
resorcinol en cada uno de los ensayos realizados. Para la selección del intervalo óptimo de
concentraciones, se siguieron las directrices establecidas en Standard Methods. Se prepararon
patrones de concentración conocida entre 0,1 y 0,4 ppm (mg/L) a los cuales, después de la
adición de reactivos de coloración se midió la absorbancia a 510 nm. Se muestran los datos
obtenidos por medio del espectrofotómetro en la tabla 3.
Tabla 3. Datos de absorbancia para la curva de calibración
Concentración
de resorcinol
(ppm)
Absorbancia
(510 nm)
0,1 0.005
0,2 0.007
0,3 0.010
0,4 0.013
Fuente: Autores, 2019.
Figura 12. Curva de calibración.
Fuente: Autores, 2019.
y = 0,027x + 0,002R² = 0,9918
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ab
sorb
anci
a (n
m)
Concentración (ppm)
CURVA DE CALIBRACIÓN
Absorbancia (510 nm)
Lineal (Absorbancia (510nm))
38
Tabla 4. Datos obtenidos de la curva de calibración.
Parámetro Valor
Pendiente (m) 0,027
Intercepto en el eje Y (b) 0,002
Coeficiente de correlación lineal (R²) 0,9918
Fuente. Autores, 2019.
4.2 EXPERIMENTO
4.2.1 Concentración de Resorcinol
Para el cálculo de la concentración de Resorcinol final se utilizaron las ecuaciones 1 y 2,
usando las lecturas de absorbancia de cada muestra a 510 nm.
[ ]𝑖 =𝐴 − 𝑏
𝑚
Donde:
[ ]i : Concentración interpolada
A: Absorbancia
b: Intercepto en el eje Y
m: Pendiente
[ ]𝑅 = [ ]𝑖 ∗ 𝐹𝑑
Donde:
[ ]R : Concentración corregida
[ ]i : Concentración interpolada
Fd: Factor de dilución (10 ml)
Ecuación 1
Ecuación 2
39
4.2.2 Concentración experimental del Resorcinol
La concentración de resorcinol de partida y la determinada para cada ensayo con la manganita
de lantano (LaMnO3) dopada con Neodimio (Nd) y Europio (Eu) se observa en la Tabla 5 y
la Tabla 7.
Tabla 5. Concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano (LaMnO3) dopada
con Neodimio (Nd)
Tiempo Muestras
Concentración
inicial Concentración final
(min) (mg/L) (mg/L)
5 1 300 297,41
5 1’ 300 302,59
20 2 300 317,04
20 2’ 300 321,11
20 3 300 318,15
20 3’ 300 332,96
20 4 700 691,85
20 4’ 700 702,96
20 5 700 695,56
20 5’ 700 662,22
10 6 500 499,26
10 6’ 500 523,70
20 7 500 484,44
20 7’ 500 499,26
20 8 500 507,04
20 8’ 500 512,96
Fuente: Autores, 2019.
40
La Tabla 6 presenta el promedio de la concentración final de resorcinol para los ensayos
realizados con Manganita de Lantano dopada con Neodimio como fotocatalizador.
Tabla 6. Promedio concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano
(LaMnO3) dopada con Neodimio (Nd)
Tiempo
(min) Muestra
Promedio
concentración
final (mg/L)
5 1 300,00
20 2 319,07
20 3 325,56
20 4 697,41
20 5 678,89
10 6 511,48
20 7 491,85
20 8 510,00
Fuente: Autores, 2019.
Con los valores promediados de la concentración final de Resorcinol con catalizador la
Manganita de Lantano dopada con Neodimio se realizó un gráfico de barras con el fin de
compararla según la concentración inicial, como se muestra a continuación.
Figura 13. Variación de concentración de Resorcinol con relación al tiempo.
Fuente: Autores, 2019.
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
5 20 20 20 20 10 20 20
Co
nce
ntr
ació
n d
e R
eso
rcin
ol (
mg/
L)
Tiempo (min)
Variación de concentración de Resorcinol
Concentración Final Concentración Inicial
41
Tabla 7. Concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano (LaMnO3) dopada
con Europio (Eu)
Tiempo
(min) Muestras
Concentración
inicial
(mg/L)
Concentración final (mg/L)
5 1 300 299,63
5 1’ 300 294,81
20 2 300 290,63
20 2’ 300 295,06
20 3 300 310,08
20 3’ 300 297,01
20 4 700 740,00
20 4’ 700 699,81
20 5 700 676,72
20 5’ 700 701,48
10 6 500 523,65
10 6’ 500 496,14
20 7 500 474,48
20 7’ 500 519,66
20 8 500 522,33
20 8’ 500 538,15
Fuente: Autores, 2019.
42
La Tabla 7 presenta el promedio de la concentración final de resorcinol para los ensayos
realizados con Manganita de Lantano dopada con Europio como fotocatalizador como se
muestra en la Tabla 8.
Tabla 8. Promedio concentración de Resorcinol medida para ensayos con manganita de lantano
(LaMnO3) dopada con Europio (Eu)
Tiempo
(min) Muestra
Promedio
concentración
final (mg/L)
5 1 297,22
20 2 292,85
20 3 303,54
20 4 719,91
20 5 689,10
10 6 509,90
20 7 497,07
20 8 530,24
Fuente: Autores, 2019.
Con los valores promediados de la concentración final de Resorcinol con catalizador la
Manganita de Lantano dopada con Europio se realizó un gráfico de barras con el fin de
compararla según la concentración inicial, como se muestra a continuación.
Gráfico 14. Variación de concentración de Resorcinol con relación al tiempo.
Fuente: Autores, 2019.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
5 20 20 20 20 10 20 20
Co
nce
ntr
ació
n d
e R
eso
rcin
ol (
mg/
L)
Tiempo (min)
Variación de la concentración de Resorcinol
Concentración Final Concentracón Inicial
43
Se puede observar de las tablas anteriores que la concentración de resorcinol no disminuye,
en algunos casos, presenta valores superiores a la inicial, este patrón de conducta es
semejante en los dos sólidos estudiados, manganita de lantano dopada con europio y dopada
con neodimio. Los valores superiores en la concentración se pueden explicar a la luz de los
errores típicos de dilución requerida para la cuantificación por el método colorimétrico.
Las gráficas de variación de la concentración de resorcinol en función de las variables
consideradas en este estudio muestran que el sólido Manganita de Lantano dopado con
Neodimio y Europio no presenta actividad catalítica para la descomposición de resorcinol;
situación contraria a la encontrada con la manganita de lantano sin dopar usada por el
proyecto Evaluación de la actividad fotocatalítica de la manganita de Lantano en la
eliminación de contaminantes recalcitrantes en aguas residuales (Cáceres L., Muñoz C.). Los
resultados obtenidos permiten concluir que el dopaje con europio y neodimio elimina la
actividad fotocatalítica mostrada por la manganita de lantano.
En análisis de los datos se llevó a cabo en primera secuencia, se realizó el tratamiento
obtenido de los ensayos a partir de la técnica de tablas de contingencia; dicha técnica se usa
para analizar la asociación entre dos o más variables como se observa en La Tabla 6 y en La
Tabla 7 encontrando relación sin ninguna variabilidad de las concentraciones iniciales con
respecto a los resultados finales como se evidencia estadísticamente en la Figura 13 y Figura
14.
Seguidamente se procede a una comprobación estadística donde nos permitió evidenciar que
no existe relación positiva al trabajar con la comprobación de la curva de calibración, por lo
tanto, dicha relación e interacción entre cada uno de estos dos ensayos no amerita más
comprobaciones estadísticas como se había establecido al comienzo de la metodología a
emplear.
44
5. CONCLUSIONES
Según los diferentes ensayos realizados durante el estudio se determinó que la Manganita de
Lantano (LaMnO3) dopada con los metales de la serie lantánida Europio y Neodimio, no
presenta actividad fotocatalítica significativa para la descomposición de resorcinol disuelto
en agua.
La presencia de metales de la serie lantánida como lo son el Europio y Neodimio en la
estructura de la Manganita de Lantano elimina la actividad catalítica mostrada por el
catalizador de base (manganita de lantano).
Una vez identificados, descritos y validados los resultados se determinó que hay relación
entre los dos ensayos de estudio sin ninguna variabilidad que permita demostrar que existe
una descomposición de resorcinol
45
6. RECOMENDACIONES
Para el método experimental se recomienda prestar atención en la preparación y preservación
de las diferentes disoluciones que se necesitan al largo del experimento, así como el lavado
correcto de los diferentes materiales para de esta manera evitar la contaminación de las
disoluciones para los diferentes ensayos; debido a que el Fenol presenta susceptibilidad a
degradación.
Se recomienda refrigerar las diferentes disoluciones para que no haya alteraciones en estas.
Se propone hacer un estudio desde la química, para poder determinar una mejor actividad en
función de las tres variables consideradas y poder determinar si hay modificaciones en la
composición del catalizador.
Se recomienda estudiar el catalizador dopado con otros metales de la serie lantánida, para así
verificar su rango de aplicabilidad y en este sentido determinar si existe eficiencia en otras
moléculas de prueba.
Determinar el efecto dopante sobre la estructura del catalizador, como y cuál sería su
incidencia en la perdida de la actividad catalítica.
46
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