Evaluación de la actividad fotocatalítica de manganita de

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

2020

Evaluación de la actividad fotocatalítica de manganita de lantano Evaluación de la actividad fotocatalítica de manganita de lantano

dopada con lantánidos (holmio, samario) en la eliminación de dopada con lantánidos (holmio, samario) en la eliminación de

contaminantes recalcitrantes en agua contaminantes recalcitrantes en agua

Laura Paola Espinosa Suárez Universidad de La Salle, Bogotá

Julián Felipe Mendoza Vergara Universidad de La Salle, Bogotá

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1

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE MANGANITA DE LANTANO

DOPADA CON LANTÁNIDOS (HOLMIO, SAMARIO) EN LA ELIMINACIÓN DE

CONTAMINANTES RECALCITRANTES EN AGUA

LAURA PAOLA ESPINOSA SUÁREZ

JULIÁN FELIPE MENDOZA VERGARA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C

2020

2

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE MANGANITA DE LANTANO

DOPADA CON LANTÁNIDOS (HOLMIO, SAMARIO) EN LA ELIMINACIÓN DE

CONTAMINANTES RECALCITRANTES EN AGUA

LAURA PAOLA ESPINOSA SUÁREZ

41142022

JULIÁN FELIPE MENDOZA VERGARA

41142023

Trabajo de Grado para optar el Título de

Ingeniero 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

2020

3

Bogotá, 2020

DEDICATORIA

Primero que todo a Dios, por señalarme el camino a seguir, por darme la fortaleza y la capacidad de

sobreponerme ante las adversidades.

A mis padres Ancizar y Clara, por el amor incondicional, el apoyo brindado, por toda la paciencia y

educación con la que me han guiado durante cada etapa de mi vida.

A mi abuela Barbara por los consejos, el amor, el apoyo incondicional, por ser mi más grande

motivación y el pilar más importante de mi vida, aunque ya no estés conmigo.

A mis tíos y es especial a mi tío Mario por ayudarme durante todo el proceso académico, por creer

en mí y ser un apoyo incondicional.

A Julián por su paciencia, amistad y complicidad durante todos estos años.

Laura Paola Espinosa Suarez

Esta aventura se la agradezco mucho a mis padres en especial a mi madre y a las personas que creyeron en

mí, que aun así por las diferentes etapas que pase en mi vida y por las cuales pensaron que iba a desfallecer,

me levante y di la cara para demostrar que todo lo que te propones lo puedes sacar adelante.

Agradezco mucho a nuestro director de tesis Oscar Arturo Gerena Rojas por creer en nosotros y no solo

por ser un gran maestro sino también un gran amigo en mi carrera como estudiante.

A mi tío Wilson y George Demetrio Benavides Arellano por ayudarme muchas noches con mis

experimentos de física y por creer en mí.

A mi abuelita, mi abuelito y mi tío Cesar porque siempre preguntaron por mi rendimiento y me ayudaron

con su apoyo emocional.

A mi hermano y mi hermana por ser una inspiración para seguir adelante.

A mis amigos de la universidad en los cuales siempre estuvieron conmigo en toda la carrera y fueron un

gran apoyo tanto emocional como intelectual, en especial a mi compañera de tesis Laura, la cual estuvo

presente en toda mi carrera y fue un gran apoyo emocional y educativo durante esta.

Por último, a las personas que me brindaron ayuda cuando más lo necesite de verdad les agradezco mucho

el apoyo y en especial a todos los que me vieron en un mal memento de mi vida, pero jamás dejaron de

creer en mí.

Julián Felipe Mendoza Vergara

4

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer primeramente a Dios por las bendiciones que nos dio día a día, y a todas

aquellas personas que de alguna manera nos ayudaron a desarrollar este logro.

Nuestros más sinceros agradecimientos al director Óscar Gerena, por su guía, paciencia y

acompañamiento en este proceso, por transmitirnos sus conocimientos y dirigirnos con la mejor

disposición.

A Willie Alexander Hernandez Romero, por su colaboración en el manejo y ejecución del

programa Minitab® y por compartir con nosotras sus conocimientos en el área de estadística.

A todo el personal del Centro Tecnológico de Ambiente Sostenible (CTAS) y al personal de los

laboratorios de ciencias básicas por su amabilidad, disponibilidad y colaboración durante todo el

desarrollo de la investigación.

A nuestra familia y amigos, por la comprensión, el apoyo y la paciencia.

5

TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO ............................................................................................................................................ 9

RESUMEN ........................................................................................................................................... 11

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 13

OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 15

OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 15

OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................................. 15

1. ANTECEDENTES ....................................................................................................................... 16

2. MARCO DE REFERENCIA .......................................................................................................... 19

2.1. MARCO TEÓRICO.................................................................................................................... 19

2.2. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................... 20

2.2.1. FOTOCATÁLISIS ............................................................................................................... 20

2.2.2. FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE FOTOCATÁLISIS ................................. 23

2.2.3. CONTAMINANTES RECALCITRANTES ......................................................................... 24

2.2.4. AGUA SINTETICA ............................................................................................................. 25

2.2.5. FENOLES............................................................................................................................ 25

2.2.6. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO) ................................................................... 25

2.2.7. HOLMIO (Ho) ..................................................................................................................... 25

2.2.8. SAMARIO (Sm) ................................................................................................................. 26

2.3. MARCO LEGAL........................................................................................................................ 26

3. METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 28

3.1. CONSULTA BIBLOGRÁFICA ................................................................................................. 28

3.2. DISEÑO DE EXPERIMENTO ................................................................................................... 29

3.3. EXPERIMENTO ........................................................................................................................ 29

3.3.1. VARIABLES CONSIDERADAS EN EL PROCESO ........................................................... 29

3.4. PREPARACIÓN DE REACTIVOS ............................................................................................ 30

3.4.1. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN PATRÓN DE RESORCINOL .................................. 30

3.4.2. DISOLUCIONES PARA LA CURVA DE CALIBRACIÓN. ............................................... 30

3.5. CURVA DE CALIBRACIÓN..................................................................................................... 30

3.6. MONTAJE DEL REACTOR ...................................................................................................... 31

3.6.1. Ajuste de variables ............................................................................................................... 33

3.6.2. Pruebas Fotocatalíticas ......................................................................................................... 34

6

3.6.4. Método 4-aminoantipirina (4-APP) ...................................................................................... 35

4. RESULTADOS ................................................................................................................................ 37

4.1. CURVA DE CALIBRACIÓN..................................................................................................... 37

4.2. PROCEDIMIENTO .................................................................................................................... 38

4.2.1. Efecto de la concentración de Resorcinol (C6H6O2) .............................................................. 38

4.2.2. Porcentaje de eliminación del Resorcinol.............................................................................. 39

4.3. EFECTO CONCENTRACION VS TIEMPO .............................................................................. 39

4.3.1. MANGANITA DOPADA CON SAMARIO ........................................................................ 40

4.3.2. MANGANITA DOPADA CON HOLMIO ........................................................................... 40

4.4. PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE RESOLCINOL ................................................................. 41

4.4.1. MANGANITA DOPADA CON SAMARIO ........................................................................ 41

4.4.2. MANGANITA DOPADA CON HOLMIO ........................................................................... 44

4.5. DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO) ............................. 46

4.6. ANÁLISIS DE VARIANZA ..................................................................................................... 48

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS....................................................................................................... 57

6. RECOMENDACIONES .................................................................................................................. 59

REFERENCIAS .................................................................................................................................. 60

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Diferentes trabajos relacionados con la aplicación de H2O/UV en efluentes recalcitrantes.

.............................................................................................................................................................. 17

Tabla 2. Marco legal aplicado. ............................................................................................................ 26

Tabla 3. Consulta bibliográfica. .......................................................................................................... 28

Tabla 4. Ensayos realizados. ............................................................................................................... 29

Tabla 5. Dosificación de los reactivos para curva de calibración. ...................................................... 31

Tabla 6. Datos pertenecientes a la curva de calibración para la validación del método analítico. .... 37

Tabla 7. Datos obtenidos de la curva de calibración del método analítico. ....................................... 38

Tabla 8. Porcentaje de eliminación de concentración de Resorcinol por catalizador empleado. ...... 39

Tabla 9. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO. 41

Tabla 10. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO

.............................................................................................................................................................. 42

Tabla 11. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO.

.............................................................................................................................................................. 43

Tabla 12. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO. 44

Tabla 13.Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO. 45

Tabla 14. Determinación de valores de DQO. .................................................................................... 47

7

Tabla 15. Factores y niveles de cada una de las variables utilizadas en el programa Minitab versión

19.2. ...................................................................................................................................................... 48

Tabla 16. Condiciones en las cuales cada uno de los factores fueron estudiados y analizados por el

programa, con un nivel de significancia de 0,05. ................................................................................ 48

Tabla 17. Información del factor 1 (concentración de Resorcinol) y los niveles que posee dentro de

estudio con sus valores respectivos...................................................................................................... 48

Tabla 18. Información del factor 2 (carga del catalizador) y los niveles que posee dentro de estudio

con sus valores respectivos. ................................................................................................................. 49

Tabla 19. Información del factor 3 (tiempo) y los niveles que posee dentro de estudio con sus valores

respectivos............................................................................................................................................ 49

Tabla 20. Información del factor 1 (concentración de Resorcinol) dando el valor P. ....................... 49

Tabla 21. Información del factor 2 (carga del catalizador) dando el valor P. ................................... 49

Tabla 22. Información del factor 3 (tiempo) dando el valor P. .......................................................... 49

Tabla 23. Resumen del factor 1 y 2 (concentración de Resorcinol y carga del catalizador), se utiliza

la misma tabla ya que los valores dan exactamente iguales. .............................................................. 50

Tabla 24.Medias del factor 1 y 2 (concentración de Resorcinol y carga del catalizador), se utiliza la

misma tabla ya que los valores dan exactamente iguales. .................................................................. 50

Tabla 25. Resumen del factor 3 (Tiempo). .......................................................................................... 50

Tabla 26. Medias del factor 3 (tiempo), se denotan cada uno de los niveles. ..................................... 51

INDICES DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Estructuras químicas del piramidil obtenidas por la degradación fotocatalítica mediante el

TiO2. ..................................................................................................................................................... 22

Ilustración 2. Reactor de vidrio tipo Batch. ........................................................................................... 32

Ilustración 3. Reactor cubierto. ............................................................................................................. 32

Ilustración 4. Diodo emisor de luz. ....................................................................................................... 32

Ilustración 5. Montaje de reactor. ......................................................................................................... 33

Ilustración 6. Ultrasonido Elmasonic E 60 H. ....................................................................................... 34

Ilustración 7.Centrifuga DINAC II. ...................................................................................................... 34

Ilustración 8. Sobrenadante. ................................................................................................................. 35

Ilustración 9. Reacción de color. .......................................................................................................... 36

Ilustración 10. Reacción de color.......................................................................................................... 36

Ilustración 11. Lectura en espectrofotómetro. ....................................................................................... 36

Ilustración 12. Lectura en espectrofotómetro. ....................................................................................... 37

Ilustración 13. Pruebas de DQO realizadas para cada compuesto. ......................................................... 47

Ilustración 14. Pruebas de DQO realizadas por titulación. ..................................................................... 47

INDICE DE GRAFICAS

Grafica No.1. Curva de calibración para la para la validación del método analítico…………………36

Grafica No. 2. Concentración Vs Tiempo – SAMARIO……………………………………………..…38

Grafica No. 3. Concentración Vs Tiempo – HOLMIO…………………………………………………39 Grafica No. 4. Porcentaje de remoción Resorcinol – SAMARIO……………………………………….40 Grafica No. 5. Porcentaje de remoción Resorcinol –SAMARIO………………………………………..41

8

Grafica No. 6. Porcentaje de remoción Resorcinol –SAMARIO………………………………………..41

Grafica No. 7. Porcentaje de remoción Resorcinol –HOLMIO…………………………………………42

Grafica No. 8. Porcentaje de remoción Resorcinol –HOLMIO…………………………………………43

Gráfica No. 9. Caja de factor 1 porcentaje de remoción vs concentración de resorcinol realizada

en MINITAB…………………………………………………………………………………………….52

Gráfica No. 10. Caja del factor 2 porcentaje de remoción vs carga del catalizador realizada en

MINITA …..……………………………………………………………………………………………..52

Gráfica No. 11. Caja de porcentaje de remoción vs tiempo factor 3 realizada en MINITAB…53

Gráfica No. 12. Caja de factor 1 porcentaje de remoción vs concentración de resorcinol

realizada en MINITAB. ………………………………..………………………………………………56


MINITAB.…………………………………………………………..……………………………………56

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Efecto de la concentración de Resorcinol (C6H6O2)……………………………….37

Ecuación 2. Porcentaje de eliminación del Resorcinol………………………………………….38

Ecuación 3. Determinación de la demanda química de oxigeno (DQO)………………………..45

9

GLOSARIO

Aguas residuales coloreadas (ARC): son mezclas complejas que contienen sustancias recalcitrantes

difíciles de oxidar por métodos convencionales. [Garcés. L, 2010]

Catalizador: Sustancia que acelera o retarda una reacción química sin participar en ella ni

interferir en su producto. [RAC, 2004]

Cinética: Hace referencia a la rapidez o velocidad de las reacciones que se llevan a cabo dentro

de determinado proceso. [Garcés, et al., 2005]

Co-catalizadores: Son sustancias químicas que por sí solas son catalizadores débiles, pero

incrementan significativamente la actividad de determinados catalizadores. [RAC, 2004]

Compuestos Aromáticos: Son compuestos orgánicos cíclicos o policíclicos altamente insaturados

que poseen una mayor estabilidad debido a la deslocalización electrónica entre los enlaces π. [Bosco,

2007]

Compuestos Orgánicos: Son sustancia química que contiene algún átomo de carbono en su

molécula, 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 o

pueden ser sintetizados por los seres humanos, estos reciben el nombre de biomoléculas. [Bosco,

2007]

Compuestos Organometálicos: son aquellos compuestos que contienen un enlace entre un metal

y el carbono, la interacción del enlace puede ser iónica o covalente, localizada o deslocalizada

entre uno o más átomos de carbono de un grupo orgánico o molécula y un átomo metálico de

transición, lantánido, actínido, o de algún grupo principal. [UNESCO, 2003]

Compuestos recalcitrantes: Los contaminantes recalcitrantes son aquellos que, por tener una

estructura muy estable químicamente, no pueden ser degradados por los métodos de depuración

convencionales. [CIATEJ, 2007]

Fenoles: Son compuestos orgánicos aromáticos, suelen presentarse como sólidos cristalinos entre

incoloros y blancos, que poseen un olor característico dulce y alquitranado; a temperatura ambiente

se encuentran también como un polvo blanco; en contacto con el aire, sus cristales son altamente

higroscópicos y toman una coloración entre rosada y rojiza. [Agency for Toxic Substances, 1999]

Mineralización: la mineralización del agua es el proceso por el que el agua obtiene minerales u

otras sustancias disueltas que le confieren unas propiedades específicas y pueden alteran su sabor.

10

Fotocatálisis: consiste en la destrucción de los contaminantes mediante el empleo de radiación

solar ultravioleta y catalizadores con el objeto de formar radicales hidroxilo, los cuales

posteriormente tendrán un efecto oxidante sobre los contaminantes químicos. [Garcés, et al., 2005]

Fotodegradación: se da por los cambios químicos resultantes de la absorción de luz que reducen

las propiedades útiles de materiales, particularmente de polímeros. Los cambios químicos pueden

incluir especialmente la columna vertebral molecular y formación de color. [Garcés, et al., 2005]

Fotoluminiscencia: Las sustancias fotoluminiscentes cuando están expuestas a radiaciones

ultravioletas (UV), emiten luz visible resultante de un simple fenómeno de atracción de los átomos,

de tal forma que, al ser atraídos por la radiación ultravioleta, almacenan la energía que, más tarde,

en una situación de ausencia de luz, van liberando durante largo tiempo mediante una luz visible,

hasta que los átomos regresan a su estado inicial. [Garcés, et al., 2005]

Irradiación: energía radiante recibida por unidad de superficie sobre la que incide, obtenida por

integración de la irradiancia sobre el tiempo requerido. Expresada en J/m2 o equivalentes.

pH: Término que expresa la actividad del ion hidrógeno en una disolución, definido por la relación

pH = -log H+, Una disolución acuosa de pH < 7 es ácida, de pH = 7 es neutra y de pH > a 7 es

básica.

Radiación Infrarroja: (IR) es un tipo de radiación electromagnética y térmica, tiene menor

frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde

unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.

Radiación Ultravioleta: (UV) es la radiación electromagnética cuya longitud de onda está

comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10−7 m) y los 15 nm (1,5x10−8 m).

Síntesis: Las reacciones de síntesis o combinación ocurren cuando dos o más reactivos forman un

solo producto; generalmente se libera calor (Δ) (reacción exotérmica). También se les conoce

como reacciones de adición. [UNAM.MX, 2007]

Viscosidad: Es la resistencia que tienen las moléculas que conforman un líquido para separarse

unas de otras, es decir, es la oposición de un fluido a deformarse y esta oposición es debida a las

fuerzas de adherencia que tienen unas moléculas de un líquido o fluido con respecto a las otras

moléculas del mismo líquido. [UNESCO, 2003]

11

RESUMEN

Uno de los principales problemas actuales a nivel global es la gestión del recurso hídrico, esta

gestión incluye desde las fuentes naturales del recurso hasta el destino final de éste una vez usado.

Dentro de los compuestos que se encuentran de manera regular en aguas residuales se encuentran

los fenoles, materias primas o productos intermedios en numerosas industrias petroquímicas,

químicas y farmacéuticas, por su naturaleza fisicoquímica, son de bajo peso molecular y

significativa solubilidad en agua (contaminantes recalcitrantes, difíciles de eliminar por métodos

convencionales de tratamiento de aguas residuales), condiciones que favorecen procesos de

degradación oxidativa, semejantes a los que sufren los hidrocarburos aromáticos de mayor peso

molecular; motivo por el cual los fenoles son, posiblemente, los compuestos modelo más

empleados para el desarrollo de nuevos procesos de descontaminación de aguas.

Como respuesta a esta situación, se han propuesto técnicas denominadas tratamientos terciarios

con los que se ha intentado descomponer los compuestos recalcitrantes; una de estas técnicas es la

fotocatálisis que consiste en el uso de sólidos semiconductores que utilicen la energía radiante para

la mineralización de los contaminantes. La principal ventaja de la fotocatálisis es la posibilidad de

incorporar la radiación solar como fuente energética para la transformación de los contaminantes

presentes en cuerpos acuosos. Por lo anterior, el proceso de degradación adquiere un valor

ambiental adicional, significativo y se convierte en una técnica sostenible.

Este estudio se verificó mediante un investigación experimental a nivel de laboratorio, utilizando

un reactor batch, en el que se desarrollaron las pruebas fotocatalíticas; consistentes en una serie de

ensayos, programados mediante un diseño experimental, en los que se variaron las condiciones de

operación, del pH, la carga del catalizador y concentración del fenol de prueba (Resorcinol), con

el objeto de encontrar las mejores condiciones de operación del fotocatalizador.

Como sólido de estudio, se seleccionó la manganita de lantano LaMnO3, un semiconductor con

estructura perovskita que, según estudios previos como los de Cultid, E. J. (2017) donde la

actividad fotocatalitica de la manganita de lantano dopada con estroncio, presenta una actividad

fotocatalitica alta para el tratamiento de gases licuados en industrias petroleras, dando así una

probabilidad alta de ser un buen fotocatalizador.

El estudio realizado obedece a un diseño experimental del tipo 2n, donde n representa las variables

que se van a tomar; se tuvieron en cuenta en este ensayo la estadistica, el numero de ensayos, las

propiedades al medir las variables de procesos y los metodos analiticos a usar, donde se

examinaron los efectos de la concentración de Resorcinol, la carga del catalizador y el tiempo,

sobre la actividad fotocatalítica de la manganita de lantano para la descomposición del Resorcinol,

el cual es uno de los compuestos pertenecientes a la familia de los fenoles.

Los resultados obtenidos muestran que el ensayo con mayor porcentaje de remoción (66,2%) a los

primeros 5 minutos, fue bajo las condiciones de 400 ppm de Resorcinol, 0,035 g de catalizador y

pH 5. Adicional a esto, el análisis de varianza ANOVA estableció que existen diferencias en el

primer análisis de varianza contemplando todos los tiempos establecidos, ya que tanto el valor P

como el valor F muestran la relación de los datos con respecto a la remoción del resorcinol y a su

12

vez acepta la hipótesis alterna la cual dice que las medias son totalmente diferentes, por otra parte

se vio la mayor influencia de remoción en los 5 minutos lo que llevo a realizar un segundo análisis.

donde solo se tomaron los valores dados a los primeros 5 minutos de cada ensayo para denotar los

cambios en el estudio ANOVA por consiguiente los cambios en los resultados tanto del valor P

como del valor F se vieron notoriamente influenciados dando como resultado que se debe aceptar

la hipótesis nula donde todas las medias son iguales y a su vez el valor F que relaciona los datos

con los resultados estuvo altamente disminuido dando así una disminución de la relación con los

datos.

Palabras clave: Aguas residuales, fotocatálisis, radiación ultravioleta, manganita de lantano,

contaminantes recalcitrantes, Resorcinol.

13

INTRODUCCIÓN

El desarrollo industrial de un país se encuentra relacionado con el uso de sus recursos naturales,

es por esto que se deben definir nuevas estrategias de remoción de carga contaminante para cumplir

la nueva normatividad de usos de agua y vertimientos líquidos en Colombia. El contenido de los

efluentes industriales, llevan inmersos contaminantes tóxicos, que suelen ser resistentes a

tratamientos convencionales de aguas residuales, por lo que nace la necesidad de desarrollar

tecnologías eficaces para la eliminación de contaminantes recalcitrantes, por lo tanto, el esfuerzo

en investigación y desarrollo tecnológico se ha venido acrecentando. El avance en las

investigaciones sobre el efecto de los contaminantes, en las formas de vida y su incidencia en los

ecosistemas; sumado a la demanda de la sociedad por aguas de mejor calidad, se han materializado

en el desarrollo de nuevas técnicas como lo es la fotocatálisis y regulaciones cada vez más estrictas

frente a la disposición de los contaminantes en fuentes de agua.

La principal ventaja de la fotocatálisis es la posibilidad de incorporar la energía solar en la

fotoactivación del catalizador, por lo que el proceso de degradación adquiere un valor ambiental

adicional significativo y se convierte en una técnica sostenible. El uso de la luz solar en la

fotodegradación de contaminantes de aguas residuales hace, de este, un proceso económicamente

viable, en particular para aplicaciones a gran escala (Borges, Sierra, Cuevas, García, & Esparza,

2016). Adicionalmente, este proceso es de bajo costo, no tóxico, estable químicamente y de alta

fotoactividad, y se ha demostrado en aplicaciones a tratamiento de aguas residuales industriales y

lixiviados, mejorando la biodegradabilidad de compuestos orgánicos refractarios (Hassan, Zhao,

& Xie, 2016).

Las industrias ejercen sin duda, gran influencia en la economía, sin embargo, éstas han presentado

diversos problemas de contaminación, uno de ellos al recurso hídrico. Algunas industrias (textil,

papel y celulosa, química, farmacéutica, entre otras) generan grandes volúmenes de efluentes de

naturaleza principalmente refractaria esto quiere decir que contienen elementos estables

químicamente y tienen de resistir altas temperaturas sin descomponerse estas siendo superior a

general superior a 1400 ºC, aumentando el volumen de sustancias toxicas que son vertidas a los

cuerpos hídricos generando impactos sobre los ecosistemas acuáticos. Algunos efluentes

industriales contienen materia orgánica disuelta, de la cual una parte es de difícil degradación y

permanece reminiscente después del tratamiento por procesos biológicos. Las aguas residuales

coloreadas (ARC), comunes en la industria textil y alimentaria y en laboratorios, contienen

múltiples sustancias orgánicas recalcitrantes y no biodegradables (Berrío, Agudelo, & Cardona,

2012), por lo que su descarga directa sobre los ecosistemas es una fuente de contaminación con

alto impacto ambiental que puede inducir perturbaciones en la vida acuática.

Adicionalmente, la mayoría de las sustancias que componen las ARC son poco fotolizables y

poseen tiempos de vida media mayores a 2000 h cuando son expuestos a la luz solar (Sahel et al.,

14

2010). Las ARC no solo son resistentes a la oxidación biológica sino también a tratamientos

químicos convencionales como la hidrólisis ácida o básica, y, aunque los tratamientos con

adsorbentes como el carbón activado granular son eficientes para la remoción de contaminantes

orgánicos, son costosos, no degradativos y únicamente transfieren el contaminante de una fase

acuosa a una sólida, lo que demanda un tratamiento posterior (Sahel et al., 2010). Por lo tanto, es

necesaria la aplicación de tratamientos que degraden los contaminantes.

Este proyecto busca lograr la depuración de contaminantes de aguas residuales por catálisis

heterogénea mediante el estudio de la manganita de lantano dopada como fotocatalizador,

comprobando que esta es efectiva ya que además de remover fenoles como en este caso es el

Resorcinol los cueles están presentes en el agua, esta se puede combinar con otros tipos de

tratamiento para lograr mejorar la eficiencia en remoción, así como en los costos y tiempos de

depuración. Además, cabe resaltar que esta alternativa permite tratar cuerpos acuosos que

contienen compuestos orgánicos recalcitrantes, que por lo regular son moléculas de alto peso

molecular, solubles en agua y difíciles de degradar por microorganismos usado en los tratamientos

biológicos. Esta reduciría el consumo de agentes químicos en tratamientos posteriores incluidos

en los sistemas de tratamiento convencionales de aguas residuales industriales.

15

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Evaluar la actividad fotocatalítica de manganita de lantano (LaMnO3) dopada con

lantánidos (Holmio y Samario) en la eliminación de contaminantes recalcitrantes en agua.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar un estudio de la actividad fotocatalítica, evaluando las variables de pH, carga del

catalizador, DQO, tiempo de exposición y concentración del contaminante recalcitrante en

una muestra de agua sintética.

Determinar el porcentaje de descomposición de fenol alcanzado por la manganita de

lantano dopada en un determinado tiempo mediante veinticuatro pruebas fotocatalíticas.

Realizar un análisis ANOVA multifactorial, con el fin de establecer las mejores

condiciones de reacción.

16

1. ANTECEDENTES

La fotocatálisis heterogénea es una disciplina que incluye una gran variedad de reacciones:

oxidaciones suaves o totales, deshidrogenación, transferencia de hidrógeno, intercambio isotópico

de oxígeno (con O) e hidrógeno, depósito de metales, descontaminación de agua, remoción de

contaminantes gaseosos, acción bactericida, etc. Usada para descontaminación o desinfección, se

la puede considerar como una de las nuevas «Tecnologías Avanzadas de Oxidación» (TAO) para

los tratamientos de purificación de agua. (SolarSafeWater, Noviembre)

La degradación fotocatalítica o fotoquímica ha ganado importancia en el área del tratamiento de

las aguas residuales (Malato, 2009), ya que permite la mineralización de los contaminantes

presentes en los cuerpos acuosos operando en condiciones ambientales (Hemmann et al., 2007).

El término fotocatálisis define un proceso basado en la absorción de radiación por parte de una

especie fotosensible (catalizador), que permite la promoción de electrones a niveles energéticos

superiores con lo que se da origen a una secuencia de reacciones de oxidación-reducción que

eliminan las sustancias contaminantes del cuerpo acuoso (Zong y Wang, 2014). Se ha utilizado

para este propósito una amplia variedad de materiales como dióxido de titanio, óxido de cinc,

sulfuro de cadmio, óxidos de hierro y otros.

Por ende, se ha realizado una cantidad apreciable de estudios dedicados a aplicaciones de óxidos

de elementos metálicos como catalizadores de reacciones en fase gaseosa y también en fase

condensada [Kanatzidis et al., 2008]. En la actualidad el interés por la fotocatálisis se centra en

procesos como la producción de gas de síntesis y su posterior transformación en combustibles

(Civera, 2003), la producción de hidrógeno por explicitación de la molécula de agua (Simamora,

2013), la eliminación de contaminantes recalcitrantes (sustancias que no pueden ser eliminadas de

aguas residuales por tratamientos primario y secundario convencionales) (Malato,2009). Para la

eliminación de contaminantes recalcitrantes en aguas residuales, se emplea la depuración por

medio de la fotocatálisis con Oxido de titanio, este método resulta costoso por la adecuación de

cuartos o maquinaria que transmita radiación UV lo que significa que su aplicación entraña costos

de operación y mantenimiento elevados lo que hace el uso de este sólido no sea de interés en zonas

no conectadas a la red de distribución de energía.

Para el desarrollo del proyecto, se tuvieron en cuenta diferentes estudios en donde han reportado

resultados significativos en cuanto a la evaluación de la actividad fotocatalítica. Se da inicio con

el estudio realizado por Giraldo, Luis. Franco, Edwin. Arango, Jorge, titulado LA

FOTOCATÁLISIS COMO ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES, en el cual se establece de forma general el empleo de las TAO o POA

(Tecnologías o procesos de oxidación avanzada). Los autores en esta ocasión hablan sobre que los

POA consisten básicamente en la formación de radicales hidroxilos altamente oxidantes, los cuales

contribuyen a la mineralización total de los compuestos contaminantes presentes en los efluentes

industriales. Entre los procesos más utilizados se encuentra la oxidación fotocatalítica la cual

consiste en la destrucción de los contaminantes mediante el empleo de radiación solar ultravioleta

17

y catalizadores con el objeto de formar radicales hidroxilos, los cuales posteriormente tendrán un

efecto oxidante sobre los contaminantes químicos. La aplicación de la energía solar ha despertado

el interés de investigadores. Se trata del empleo de la energía solar para la eliminación de

contaminantes en aguas residuales mediante el uso de un fotocatalizador adecuado, ya que 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.

A continuación, se encontrará una tabla con las principales fuentes de información y los resultados

de cada investigación tenida en cuenta para la realización de este proyecto:

Tabla 1. Diferentes trabajos relacionados con la aplicación de H2O/UV en efluentes recalcitrantes.

TÍTULO DEL

PROYECTO AUTORES DESCRIPCIÓN

PRINCIPALES

RESULTADOS

EFECTO DEL

DOPAJE CON

ELEMENTOS

LANTÁNIDOS SOBRE LAS

PROPIEDADES

ÓPTICAS, ESTRUCTURALES Y

FOTOCATALÍTICAS

DE TIO2

Juan Carlos Medina

Sierra

A nivel luminiscente el dopaje con iones de

tierras raras le confiere

al TiO2 mejoras importantes, ya que las

transiciones que se

presentan dentro de los

niveles 4f (de los elementos lantánidos)

generan líneas de

emisión muy delgadas e intensas, las cuales 2

pueden ser fácilmente

escogidas de acuerdo al rango de interés para la

aplicación. Son

numerosos los estudios

realizados con el óxido de titanio dopado con

lantánidos para mejorar

las propiedades luminiscentes. Por otra

parte, el TiO2 es el

semiconductor más

utilizado en los últimos tiempos debido a que

presenta adecuadas

propiedades fotocatalíticas, es

químicamente muy

estable (aunque un poco reducible, TiO2–x),

Entre estas técnicas el dopaje con diferentes

elementos, tales como

iones de los metales de tierras raras, puede

disminuir el ancho de la

banda prohibida (Egap) del TiO2 y activarlo en

presencia de la luz

visible incluso con muy

poca iluminación. Al estudiar la

fotoluminiscencia de las

muestras dopadas con tierras raras fue posible

observar muchas

emisiones para los iones

Eu3+ y Sm3+, pero no para los iones Tb3+. El

estudio pudo comprobar

la presencia de varios sitios de emisión para el

dopaje del TiO2 con

iones Eu3+ y de tres sitios específicos para el

dopaje del TiO2 con

Sm3+.

18

tiene baja toxicidad y es

económico.

TRATAMIENTO DE AGUAS

CONTAMINADAS

CON COLORANTES MEDIANTE

FOTOCATÁLISIS

CON TIO2 USANDO LUZ ARTIFICIAL Y

SOLAR

Losada, Lis. Castillo,

Erika. Restrepo, Ederson. Galvis,

Adolfo. Palma,

Ricardo.

La fotocatálisis con

TiO2 en suspensión ha

demostrado ser eficiente en la oxidación de

sustancias por medio de

fotoactivación del catalizador con luz

artificial. El uso de la

luz solar en el proceso

reduce los costos de operación en una

aplicación a escala real

de estos residuos. Esta se evaluó por medio de

un reactor anular con

iluminación artificial

aplicando un diseño experimental Box-

Behnken, variando las

concentraciones de colorantes, TiO2 y

H2O2. Con los

resultados del primer sistema, la degradación

del residuo modelo se

llevó a cabo en un

reactor tipo Batch usando luz solar.

El sistema con luz

artificial mostró que la

concentración de

colorantes y de TiO2 fueron los factores que

influyeron

significativamente sobre la remoción del

color y la DQO; el

diseño también permitió establecer expresiones

matemáticas para la

decoloración y la

oxidación de la materia orgánica. El sistema con

luz solar, después de 3

horas de tratamiento, removió 100% del color

y 80% de la DQO. El

seguimiento a los

espectros UV-Vis durante el proceso

evidenció posible

formación de ácidos carboxílicos y posterior

mineralización. Con

base en lo anterior la fotocatálisis con TiO2 y

luz solar demostró la

capacidad degradativa

del sistema foto-catalítico para la

remediación de las

aguas cargadas con mezclas de colorantes

azoicos.

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD

FOTOCATALÍTICA

DE LA MANGANITA DE LANTANO EN LA

ELIMINACIÓN DE

CONTAMINANTES RECALCITRANTES

EN AGUAS

RESIDUALES

Laura Jimena Cáceres

Ramírez. Cindy Camila Muñoz Caicedo.

En este proyecto se

estudió y evaluó la actividad fotocatalítica

de un sistema de

depuración de aguas contaminadas basado en

manganita de lantano

(LaMnO3) como sustancia activa para la

mineralización de

sustancias orgánicas de

prueba (Resorcinol),

De acuerdo a las

pruebas fotocatalíticas, el ensayo con mayor

porcentaje de

eliminación (73,16%) fue bajo las condiciones

de 300 ppm de

Resorcinol, 0,5 g/L de catalizador y pH 5.

Adicional a esto, el

análisis de varianza

ANOVA estableció que

19

disueltas en agua,

usando como fuente radiante luz visible,

obteniendo resultados

positivos en la búsqueda

de soluciones a las limitantes mostradas

por el dióxido de titanio

(común catalizador).

no existen diferencias

significativas entre los diferentes ensayos, lo

que indica que tanto la

carga del catalizador y

la concentración del fenol no son variables

determinantes en el

proceso, por lo tanto, el pH es el factor que

determina la eficiencia

de la actividad

fotocatalítica, siendo el pH 5,00 el valor óptimo

para el desarrollo de

esta.

TRATAMIENTO DE

EFLUENTES

INDUSTRIALES DE

NATURALEZA

RECALCITRANTE

USANDO OZONO,

PERÓXIDO DE

HIDRÓGENO Y

RADIACIÓN

ULTRAVIOLETA

Tatiana Rodríguez, Diego Botelho,

Eduardo Cleto.

Este estudio busca hacer

una revisión sobre la aplicación de procesos

oxidativos avanzados:

Ozono (O3), peróxido de hidrógeno (H2O2) y

radiación ultravioleta

(UV) para el tratamiento de efluentes

industriales de

naturaleza recalcitrante.

Se obtuvieron

eficiencias de remoción

de DQO de aproximadamente 90%

aplicando 561 mg L-1

de H2O2 con 40,8

minutos de exposición a la radiación UV. El

color se removió con

mayor rapidez en comparación con la

DQO, mientras que con

6,8 y 20,4 minutos se obtuvo 90% y total

remoción (aprox.

100%) de color,

respectivamente, aplicando 561 mg H2O2

L-1.

Fuente. Autores.

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1. MARCO TEÓRICO

La fotocatálisis está favorecida por muchos factores, uno de estos es la promoción de electrones

de valencia a la capa de conducción, por consiguiente el valor de energía más bajo y que está

ubicado en el espectro visible en el espectro electromagnético, con el propósito de no requerir

20

otras fuentes de luz como lo son la infrarroja o la ultravioleta, otro de los elementos más vitales es

el metal a utilizar, este tiene que tener propiedades de reconocer los electrones que se promueven

y teniendo en cuenta los espacios que se dejan en la superficie, con el objetivo de prevenir la

recombinación para que no elimine los efectos que se esperan, se da a entender que el tiempo de

vida tiene que ser alto en los electrones y en los agujeros que se forman con el fin de tener un

acompañamiento de la difusión de los contaminantes ya que la superficie facilita que el sólido

sirva cono el difusor de los contaminantes y este reaccione a su vez en la disolución.

El sólido más utilizado en la actualidad es el Dióxido de Titanio (TiO2), las investigaciones arrojan

que es un compuesto muy útil en varios de los campos de la fotocatálisis funcionando como

catalizador o como co-catalizador, la síntesis de este semiconductor y de otros se abordan tanto en

vía seca como en vía húmeda con el fin de adquirir los cationes como aniones, al determinar su

uso y la función de estos solidos de promoción energética, se busca el desarrollo de otros metales

con el fin de abordar nuevos campos y usos de estos materiales promisorios en este caso la

manganita de lantano es el indicado para experimentar en un amplio campo de acción.

La manganita de lantano tiene propiedades muy diversificadas para el uso en diferentes campos

de la ciencia, uno de sus usos, es el efecto del contenido de estroncio sobre la estructura de la

manganita y su evaluación de su actividad catalítica en la oxidación de gas licuado de petróleo

comercial, donde las capacidades fotocatalíticas de la manganita con un metal del grupo de

lantánidos o tierras raras, teniendo resultados netamente factibles para la oxidación de estos gases

(Cultid, 2017), en nuestro campo de investigación, se desea aprovechar de la estructura tipo

perovskita con el fin de deformar esta estructura con un metal en estado de oxidación igual al del

lantano, para tener una disminución de la brecha energética y produzca partículas policristalinas

que permitan usarlo en procesos de descomposición fotocatalítica de sustancias de origen orgánico

que se encuentren disueltas en el agua.

Al aprovechar estas características fotocatalíticas, se pretende optimizar esta propiedad usando un

metal en especial los lantánidos trivalentes con la idea de aprovechar sus propiedades de

trivalencia y sus radios atómicos, con el fin de disminuir la distancia entre los radios del lantano

con el metal a utilizar para disminuir esa brecha energética cambiando la configuración electrónica

y cambiando la estructura cristalina por ende la distorsión es ocasionada por el remplazo aplicado

en la sustancia.

2.2. MARCO CONCEPTUAL

2.2.1. FOTOCATÁLISIS

La fotocatálisis es una reacción fotoquímica que utiliza la energía solar y la convierte en energía

química, uno de los más claros ejemplos es la fotosíntesis, al interactuar con la superficie o el

sustrato catalizador, este se comporta como un semiconductor que acelera la velocidad de reacción,

por consiguiente se realizan reacciones químicas tanto de oxidación como de reducción logrando

así la eliminación de contaminantes en el régimen donde se está aplicando este proceso puede

21

eliminar tanto los NOx, SOx y los COVs ya que aceleran los procesos de oxidación usando la luz

solar. (Asociación Ibérica de la Fotocatálisis, 2016).

En si la fotocatálisis está implicada la combinación de procesos fotoquímicos con procesos de

catálisis, con el fin de utilizar luz y un catalizador para acelerar una reacción química, esta

descripción define a la fotocatálisis como un proceso acelerador por medio de un catalizador, el

más conocido y mayormente aplicado en los tratamientos de agua es el Dióxido de Titanio (TiO2),

este compuesto es capaz de descomponer compuestos orgánicos algunas sustancias inorgánicas,

proteínas de algunos virus y membranas celulares bacterianas, otra de sus funciones es la

eliminación del formaldehido al 90%, el benceno, el tolueno, el xileno, el amoniaco, los COV y

otros contaminantes. El funcionamiento del (TiO2), se ve en los electrones en la banda de valencia

(e-) y con el efecto de la luz ultravioleta, se excitan para pasar a la banda de conducción y los

orificios que se forman correspondientes (h+) se generan en la banda de valencia, al interactuar

con el H2O, O2, generara grupos de alta actividad tales como OH-, O2- OOH-, radicales tipo

hidroxilo iones de superóxido los cuales son compuestos que tienden a oxidar y descomponer

compuestos orgánicos como lo son los formaldehidos, bencenos, tolueno, xileno, amoniaco,

TVOC, contaminantes, bacterias y virus. (Une2.E, Ecology, 2017).

La fotocatálisis heterogénea es una de las más estudiadas en las últimas décadas con el fin de

analizar las propiedades en relación al uso de la radiación en una longitud de onda determinada

para el uso de diversas funciones, en especial enfocada a la oxidación de componentes en el agua,

formando compuestos de hidrogeno para la eliminación de compuestos orgánicos, eliminación de

bacterias y virus (Ángela Rincón, 2015).

El proceso de degradación por oxígeno, es uno de los más eficientes dentro de la naturaleza ya que

a partir del aire presente en la atmosfera y en las fuentes hídricas, los procesos de oxidación y

reducción se realzan independientemente del tipo de agua residual presente, es decir, que no tiene

una selectividad para estos procesos en este caso el oxígeno que se presenta hace que estos

procesos sean más convenientes y a su vez sean aprovechados por el medio donde se realiza la

reacción, al entrar un material que sea foto-reactiva se espera que la absorción de radiación

comience a reaccionar generando radicales libres, causando una reacción en cadena, esto genera

un ciclo en el cual las reacciones se hacen repetitivamente eliminando así los contaminantes y la

sustancia fotosensible que en este caso es el catalizador no participa en las reacciones por lo tanto

este proceso conlleva a que el compuesto fotosensible no se degrade y siga funcionando en el

proceso de degradación. (Julián Blanco, 2008)

22

Ilustración 1. Estructuras químicas del piramidil obtenidas por la degradación fotocatalítica mediante el TiO2.

Fuente. Julián Blanco, 2008.

Como lo muestra (Julián Blanco, 2008) las pruebas con piramidil, la degradación se sigue

presentando hasta la obtención de componentes cada vez más pequeños y más fáciles de

descomponer por lo tanto en los procesos de purificación de agua, son útiles para eliminar

compuestos orgánicos y en este caso contaminantes recalcitrantes.

Al ser un tratamiento terciario, requiere previamente unos tratamientos con el fin de disminuir la

carga contaminante y a su vez eliminar sedimentos que podrán afectar el desarrollo del

procedimiento, por lo tanto, se necesita adecuar cada planta o tratamiento de agua para que se

tengan unas características y/o condiciones convenientes, al tener estas variables presentes se

pueden favorecer por los siguientes parámetros:

23

● La concentración de contaminantes orgánicos en el agua está ligada a la eficiencia del

proceso, ya que al tener una alta carga de contaminantes orgánicos el proceso es menos

eficiente, por lo tanto, se aconseja que el valor a manejar sea menor a 1 g/l.

● Al ser un proceso terciario, puede contribuir con los procesos biológicos, más aún con los

contaminantes que son difíciles de eliminar como lo son los contaminantes no

biodegradables.

● Al tener una selectividad baja en el procedimiento, el manejo de sustancias peligrosas es

bien recibido en el proceso ya que puede tratar uno o más contaminantes a la vez.

● Muchos contaminantes son difíciles de remover, por esta razón la inversión para

eliminarlos es muy costosa, al contar con este método la facilidad de eliminarlos se

incremente y a su vez la disminución de costos.

● 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.

Al tener otras ventajas como la utilización de este método en aguas complejas, denota que muchos

factores que se piensan como los residuos que puede dejar el tratamiento, estos residuos son

totalmente manejables y a su vez son más fáciles de disponer. Por otro lado, la utilización de la luz

solar para el método disminuye los costos ya que otros métodos necesitan de aditamentos o de

componentes especiales para que el proceso sea más eficiente.

2.2.2. FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE FOTOCATÁLISIS

Muchos de los factores que afectan el proceso de la fotocatálisis, se ven influenciados por las

características del agua a tratar y la cantidad del catalizador a utilizar y su duración, estos y otros

parámetros serán mencionados a continuación con el fin de describir las posibilidades que se

pueden presentar.

Tipo y composición del fotocatalizador

Al tener en cuenta la estructura, la composición, el área de contacto, brecha energética, tamaño de

la partícula, la estructura cristalina, la brecha energética, los contaminantes presentes en el agua a

tratar, la cantidad de radiación necesaria, el tipo de radiación y entre otros factores. Afectan no

solo la estructura química del agua a tratar, también afecta la actividad fotocatalítica, estos

parámetros afectan la actividad de los elementos semiconductores que están presentes en el

proceso, lo que implica que la eficiencia del proceso, los compuestos que se estén tratando y el

resultado que se espera obtener. Depende netamente del semiconductor a emplear dando así unos

resultados que pueden se provechosos o por el contrario inesperados. (M. Carnie, 2012)

Muchos de los procesos en especial el de adsorción sobre un sólido, son los más pertinentes en el

proceso al aprovechar el dopaje en este caso el holmio y el samario los cuales serán los principales

elementos a utilizar en el proceso.

24

Naturaleza y concentración de la sustancia a descomponer

Al tener en cuenta la estructura química del compuesto con el cual va a reaccionar se da a conocer

también la velocidad de reacción, teniendo la velocidad de reacción como un parámetro

fundamental para la selección de la molécula, (Garcés Giraldo, Luís Fernando, Mejía Franco,

Edwin Alejandro, Santamaría Arango, Jorge Julián, 2004). Teniendo en cuenta que la reacción

también depende de la sustancia en la cual se va a emplear, se debe tener en cuenta la cantidad de

contaminantes que están presentes dentro de la muestra a tratar, ya que se vuelve otro parámetro

relevante para el estudio con respecto a la molécula a utilizar.

Teniendo una gran cantidad de contaminantes en la muestra, la adsorción de la energía es menor,

pero teniendo una cantidad mínima la velocidad aumenta, en este proceso el más afectado es el

catalizador ya que este es el que recibe toda la energía, por lo tanto, se busca un punto de referencia

con el fin de tener un óptimo aprovechamiento del catalizador. (César Augusto Jaramillo Páez,

Gonzalo Taborda Ocampo, 2006).

pH del medio de reacción

Es uno de los parámetros más relevantes dentro del proceso, la formación de los grupos hidroxilos

se ven altamente relacionados con el pH alto, lo que genera una mayor eficiencia en el proceso,

por esta razón las aguas a tratar se buscan que tengan una gran cantidad de iones de hidróxido ya

que estos son los que más se ven aprovechados en el proceso de degradación.

Por otra parte, también se pueden presentar el aumento de moléculas que no permitan la entrada

de luz necesaria para la fotocatálisis, ya que afecta la carga eléctrica en la superficie de algunos

solidos lo que significa que causara una interferencia con la luz de entrada.

Carga del catalizador

La carga depende netamente de la cantidad que se necesite para el tratamiento, es decir que, al

implementar una gran cantidad de catalizador, puede generar una buena relación o al contrario

puede ser muy ineficiente, por esta razón se necesita medir la cantidad correcta para que el

catalizador no se conglomere y no se pierda el efecto de degradación.

Observando que las condiciones que se deben de tener en cuenta para que sea muy optimo el

funcionamiento de la fotocatálisis, es lo primordial para que no se presenten interferencias en el

proceso, estas interferencias se pueden dar por los cambios de pH o por la presencia de sustancias

en gran cantidad, lo que significa que pueden generar grupos químicos que en vez de acelerar el

proceso, lo que hace es desacelerar las reacciones o complicar la depuración de los elementos

deseados.

2.2.3. CONTAMINANTES RECALCITRANTES

Muchos de los contaminantes presentes en el recurso hídrico, se pueden retirar por medio de las

operaciones unitarias, pero en este caso los contaminantes recalcitrantes son un problema al final

de estos tratamientos al observar las nuevas tecnologías como lo son la ultrafiltración o la osmosis

inversa obtenemos un rechazo el cual no podemos tratar con facilidad y la problemática de estos

residuos es que no se tienen sistemas óptimos para tratarlos en este punto entra los procesos

fotocatalíticos en los cuales por reacciones químicas e interacción con la radiación se pueden

eliminar estos compuestos.

25

Son aquellos compuestos químicos que tienen una estructura muy estable químicamente, el cual

resiste el ataque de los microorganismos o de cualquier tipo de mecanismo de degradación sea

biológico o químico, (Cervantes, 2008), compuestos como los hidrocarburos, fenoles disolventes

halogenados, colorantes y compuestos aromáticos.

2.2.4. AGUA SINTETICA

Se presenta una propuesta para un sustrato para la preparación de aguas residuales sintéticas para

uso en reactores de laboratorio y prototipos. Se establecieron las características fisicoquímicas de

las aguas residuales sintéticas y se realizaron pruebas de biodegradabilidad para verificar su

comportamiento en la bioquímica de los reactores aeróbicos. Los resultados mostraron un

comportamiento similar entre las aguas residuales domésticas y el sustrato sintético propuesto.

(PAEZ, 2000).

2.2.5. FENOLES

Son compuestos orgánicos aromáticos los cuales poseen el grupo hidroxilo como su grupo

funcional, estos se encuentran naturalmente en nacimientos de agua ya que son propios del

ambiente, al asociarse con la contaminación, estos elementos tienden a formar ácidos orgánicos

los cuales se forman por procesos de descomposición natural o por la contaminación que se

presenta en la zona impactada. (HURMAN, 1985)

2.2.6. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)

La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de oxígeno requerido para oxidar

la materia orgánica en una muestra de agua, bajo condiciones específicas de agente oxidante,

temperatura y tiempo. (PAEZ, 2000)

2.2.7. HOLMIO (Ho)

Elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Ho, su número atómico es el 67, pertenece

al grupo de los lantánidos y actinidos, su peso atómico es de 164.930 uma, fue descubierto por

Marc Delafontaine y Jacques-Louis Soret en el año 1878, observaron las bandas de absorción

espectrografícas de un elemento que para ellos era desconocido, al poco tiempo, el señor Per

Teodor Cleve también conocido como Tzinitzuni Cleve, descubre el elemento de forma oxidada,

ya que al utilizar el óxido de erbio, pudo eliminar las impurezas del material y obtuvo dos

sustancias de las cuales de estas se obtuvo el óxido de holmio y el óxido de tulio. (Wright, 2003).

Este elemento químico es estable al aire seco, pero al contacto con la humedad puede perder su

estabilidad con una gran facilidad, a su vez también puede perder su estabilidad con temperaturas

muy altas, el isotopo más conocido y estable es el Ho-165 el cual es el más presente en la

naturaleza. (Wright, 2003)

26

En la naturaleza, es toxico en grandes concentraciones afectando tanto las membranas celulares

como en el sistema nervioso, una de sus actividades al entrar en contacto con la radiación o la

longitud de onda correcta, elimina todos los componentes orgánicos presentes en el agua.

2.2.8. SAMARIO (Sm)

El samario es un elemento químico de símbolo Sm y número atómico 62. Presenta una estructura

cristalina romboedral, una masa atómica de 150,35 y una densidad de 7,35 g/cm3., El samario fue

observado espectroscópicamente por Jean Charles Galissard de Marignac, un químico suizo, en un

material conocido como didimio en 1853. Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, un científico francés,

fue el primero en aislar el samario del mineral samarskita ((Y, Ce, U, Fe)3(Nb, Ta, Ti)5O16) en

1879.

Es utilizado en muchos procesos industriales como lo son en la cerámica y en algunas reacciones

orgánicas, ya que este es utilizado como un catalizador, otra de sus propiedades, es que uno de sus

isotopos tiene una gran superficie lo que le permite una captura de neutrones amplia con el fin de

ser utilizado en casos como una barra de control o en casos de envenenamiento atómico.

Otra de sus propiedades es la interacción con campos magnéticos, ya que es utilizado como imán

de samario-cobalto para muchos de los electrodomésticos que se encuentran en los hogares y a su

vez es utilizado en los procesos de deshidratación y deshidrogenación de etanol. (Greenwood y

Earnshaw, 1997).

2.3. MARCO LEGAL

Tabla 2. Marco legal aplicado.

NORMA DESCRIPCIÓN APLICABILIDAD EN LA TESIS

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.

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 utiliza dentro de la investigación con el fin

de ampliar el manejo de la carga contaminante,

es decir, la disminución que se busca

industrialmente es del 80% y dentro del trabajo

se busca que cada vez este porcentaje sea más

grande, considerando así que los artículos 20,

42, 45 los cuales dictan las siguientes

consideraciones:

27

- 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.

Decreto-

Ley 2811

de 1974

Por el cual se dicta el Código

Nacional de Recursos Naturales

Renovables de Protección al

Medio Ambiente.

Denota los requisitos principales y pertinentes

para la eliminación de las excretas y la

disminución de la carga contaminante en aguas

servidas en las cuales se describen en el libro

segundo, parte III, título VI, capítulo II, en el

artículo 145 en el cual dicta: 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

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 da a conocer un método de bajo costo y de

una eficiencia grande, con el fin de avanzar en

los términos del saneamiento básico aplicando

nuevos métodos.

Fuente. Autores, 2020.

28

3. METODOLOGÍA

3.1. CONSULTA BIBLOGRÁFICA

Tabla 3. Consulta bibliográfica.

PARÁMETRO IMPORTANCIA VALOR REPORTADO

CONCENTRACIÓN [ ]

La aplicación de la concentración en

definitiva es un proceso de prueba y

ensayo, al tener una actividad

fotocatalítica lo que quiere decir en

muchos casos, que las variaciones de

los contaminantes dependen de su

naturaleza, al superar los límites en este

caso de 1000 ppm, la fotocatálisis no es

un método conveniente para estas

situaciones, pero al tener un

tratamiento previo, en este caso una

dilución, este pasa a ser un método

aplicable en el tratamiento de aguas

residuales. (Reinosa, 2009).

Las concentraciones se

pueden encontrar entre 30 y

450 mg/l. pero también se

pueden encontrar situaciones

en las cuales la carga de

fenoles puede redondear entre

los 30.000 a 50.000 mg/l lo

cual se presenta en industrias

petroquímicas donde las sosas

gastadas contienen estas

concentraciones altas.

(Buitrón, et al., 2007).

CARGA DEL

CATALIZADOR

Al tener un catalizador presente, este

pude cambiar la selectividad de una

reacción química dando así un camino

diferente para favorecer o dificultar la

generación de determinados productos

finales, otro de los objetivos del

catalizador, es el aumento de la

velocidad de transformación o el

aumento de la velocidad en la reacción,

ya que al reducir la barrera energética

aumenta la facilidad de la transición de

electrones de una capa a la otra

generando así una facilidad para el

aumento de la velocidad de reacción.

(Romero, 2004).

Al tener una cantidad mayor

de catalizador, se incrementa

la actividad catalítica pero a su

vez se debe tener en cuenta,

que este sea diluido totalmente

sin tener partículas muy

aglomeradas ya que al tener

que estas partículas puede

dificultar la penetración de luz

incidente, por lo tanto, es

necesario determinar una

cantidad optima del

catalizador para cada proceso.

pH

El potencial de hidrogeno, es

fundamental para el catalizador y para

la forma química del compuesto a

degradar, este se manifiesta en las

alteraciones de la velocidad de

degradación y la tendencia a la

desactivación del catalizador, este

proceso es más eficiente en medios

ácidos entre (3 ≤ pH ≤ 5), al aumentar

el pH, disminuye la actividad

fotocatalítica y la oxidación del

compuesto y a su vez el reductor

aumenta.

Se busca que este pH se

encuentre en 3, 5 y 7 (Reinosa,

2009)

29

TIEMPO DE

RADIACIÓN

El reactivo se llevará a un fotoreactor

en vidrio y en ausencia de radiación

solar, se agitará previamente 20

minutos por medio de ultrasonido con

el fin de desvanecer todas las

aglomeraciones de reactivo y así

proporcionar adsorción.

Se establece un tiempo de 30

minutos con el fin de

determinar el tipo de reacción

que se puede presentar una

reacción de orden 0, 1, 2 o 3.

(Reinosa, 2009)


3.2. DISEÑO DE EXPERIMENTO

El diseño experimental cuenta con 2 variables, carga del catalizador y la concentración de cada

ensayo, teniendo en cuenta el tiempo de irradiación. Este diseño es de tipo 2n por lo tanto se

presentaron estas 2 variables, se realizó la selección de los ensayos dependiendo de la cantidad de

Resorcinol que se utilizó para cada prueba y la cantidad de manganita de lantano para cada una de

las pruebas, por lo tanto.

Tabla 4. Ensayos realizados.

Ensayo

Concentración

de Resorcinol

(ppm)

Carga del

catalizador

(gr)

Tiempo

(min)

1 200 0.025 30

2 400 0.035 30

3 200 0.025 30

4 400 0.035 30 Fuente. Autores, 2020.

3.3. EXPERIMENTO

3.3.1. VARIABLES CONSIDERADAS EN EL PROCESO

3.3.1.1. Volumen y concentración del agua contaminada

El volumen utilizado fue de 60 ml el cual, irradiado dentro del reactor con una máxima capacidad

de 60 ml, por consiguiente, las concentraciones definidas de Resorcinol a utilizar fueron de 12 ml

o 200 ppm y 24 ml o 400 ppm.

3.3.1.2. Carga del catalizador

En el caso de la carga de la Manganita de lantano (LaMnO3) dopada respectivamente con cada

lantánido, se establecieron dos valores de carga en: 0.025 g y 0.035 g con respecto a la cantidad

de Resorcinol suministrada en cada prueba

30

3.3.1.3. Tiempo de radiación

Para este se tomó en cuenta un tiempo de 30 minutos para la realización completa de la prueba,

dentro de los cuales cada 5 minutos por lo que se establecieron tiempos a los (5, 10, 15, 20, 25,

30) y luego se tomaron muestras de 5 ml, considerando así cada muestra como un ensayo, por

consiguiente, se realizó el proceso de separación del compuesto por medio de centrifugado para

tomar la lectura en el espectrofotómetro.

3.4. PREPARACIÓN DE REACTIVOS

3.4.1. 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 0.1 g del Resorcinol en 100

ml 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.

3.4.2. DISOLUCIONES PARA LA CURVA DE CALIBRACIÓN.

Disolución de hexacianoferrato de potasio K3[Fe (CN)6] al 8%

Se pesaron 0.8 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 0.2 g de 4-AAP en una balanza analítica, los cuales se diluyeron en 25 ml de agua

destilada. Por último, se guardó en una botella de vidrio ámbar.

3.5. CURVA DE CALIBRACIÓN

Para poder determinar la concentración de Resorcinol 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, 4 y 5 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, 4 y 5 ppm

respectivamente.

b) A cada patrón se le adicionó 0,5 ml de disolución de amoníaco 2 M; se ajustó el pH a 5 con

Ácido Sulfúrico 0.5 M

c) Posteriormente, se agitó adicionó 0,25 ml de la disolución de 4-Aminoantipirina al 2%

31

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 a una longitud de onda de 510 nm,

donde se realizó una gráfica con los datos y su regresión lineal para obtener la ecuación de

la curva.

Tabla 5. Dosificación de los 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

5 5 5 0,5 0,25 0,25


3.6. MONTAJE DEL REACTOR

El Sistema utilizado para los ensayos fotocatalíticos, está basado en un reactor de vidrio tipo Batch

con una capacidad de 60 ml (Ilustración 2) el cual está recubierto de dos capas. Una de estas capas

es de papel aluminio en la cual cumple la función de reflejar la luz producida por el diodo

(Ilustración 3), la segunda capa está compuesta por papel fomi de color negro, el cual ayuda a que

la luz del exterior no interfiera con la luz que está dentro del reactor, dentro del reactor se encuentra

un diodo de alta potencia que transmite una luz de 395 nm de longitud de onda la cual se encuentra

en el espectro visible de la luz.

Este reactor está sujeto a un soporte universal con una nuez y unas pinzas, ya que debe estar

suspendido sobre una plancha de agitación, con el fin de introducir un agitador magnético dentro

del reactor, con el fin de mantener una agitación continúa dentro del reactor como podemos ver en

la (Ilustración 4).

32

Ilustración 2. Reactor de vidrio tipo Batch.


Ilustración 3. Reactor cubierto.


Ilustración 4. Diodo emisor de luz.


33

Ilustración 5. Montaje de reactor.


3.6.1. Ajuste de variables

Se ajustaron los parámetros durante el proceso previo a la irradiación de la sustancia, el cual se

establecieron los siguientes pasos:

a) Con una pipeta se midió la cantidad necesaria de Resorcinol a utilizar en el cual fue de 12

y 24 ml, se midió el pH que se ajustara al valor necesario que en este caso fue en un rango

de 4,00-5,00.

b) En una balanza analítica se pesó la cantidad de manganita de lantano a utilizar que en este

caso fueron de 0.025 y 0.035 g respectivamente a cada uno de los ensayos, posterior se

adicionaron en un vaso precipitado junto con la cantidad de Resorcinol propuesta para cada

concentración de manganita.

c) Se introdujo en un baño de ultrasonido la disolución mezclada con el catalizador, la cual

se sónico por un tiempo de 20 minutos, de esta manera se logra que se disgreguen las

partículas del fotocatalizador y se homogeniza la mezcla antes de irradiarla. (Ilustración 6)

34

Ilustración 6. Ultrasonido Elmasonic E 60 H.


3.6.2. Pruebas Fotocatalíticas

Se realizaron los siguientes pasos con el fin de ajustar las variables.

a) Al terminar el proceso de sonicación, se introdujo la solución dentro del reactor con un

agitador magnético para dar inicio al ensayo con una duración de 30 minutos.

b) A medida que avanza el experimento, se tomaron muestras de 5 ml, se realizó esta acción

cada 5 minutos con el fin de completar el tiempo estimado de 30 minutos, para después

centrifugar en tubos para centrifuga de 10 ml, en cada una de las tomas de muestra se

realizaron duplicados con el fin de tener varias medidas, de esta manera se centrifugaron

todas las muestras a 4.500 revoluciones por minuto (RPM); con el fin de separar las

partículas del catalizador queden separadas del agua para evitar turbiedad en la coloración

de las muestras. (Ilustración 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. (Ilustración 8)

Ilustración 7.Centrifuga DINAC II.


35

Ilustración 8. Sobrenadante.


3.6.4. Método 4-aminoantipirina (4-APP)

El método analítico usado es una modificación del planteado en el Standard Methods para la

determinación de fenoles, se basa en la reacción a pH alcalino con 4 Aminoantipirina, para su

aplicación se sigue el siguiente protocolo: 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 vaso de precipitados al

cual se le adicionaron 0,1 ml de disolución de amoníaco a 100 ppm con agua destilada;

posterior a esto se le ajustó el pH a 5,00 ± 0,1 con Ácido sulfúrico (H2SO4) disuelto en 100

ppm con agua destilada.

b) Luego de ajustar el pH a 5,00 ± 0,1 se le adicionó 0,25 ml de disolución de 4-

Aminoantipirina al 2%.

c) Posterior a esto se le adicionó 0,25 ml 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 vaso de precipitados a una plancha de agitación durante 5 minutos

para dar lugar a la reacción de formación del color (Ilustración 9 y 10), para luego leer

inmediatamente en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 510 nm (Ilustración 12).

36

Ilustración 9. Reacción de color.


Ilustración 10. Reacción de color.


Ilustración 11. Lectura en espectrofotómetro.


37

Ilustración 12. Lectura en espectrofotómetro.


4. RESULTADOS

4.1. CURVA DE CALIBRACIÓN

La curva de calibración que se encuentra a continuación se realizó con el fin de validar el método analítico

en cual se utilizó una concentración de Resorcinol dada por la disolución del patrón C de Resorcinol, a la

cual se le midió la absorbancia en celdas de cuarzo de 10 mm a la longitud de onda mencionada

anteriormente y en cantidades diferentes en ml de la solución. Respecto a lo anterior, se muestran

los datos obtenidos de la absorbancia por medio de la espectrofotometría para la validación del

método.

Tabla 6. Datos pertenecientes a la curva de calibración para la validación del método analítico.

Concentración de Resorcinol (ppm) Absorbancia (510 nm)

0,1 0,087

0,2 0,150

0,3 0,201

0,4 0,258

0,5 0,310


Dado lo anterior, se obtiene la siguiente gráfica:

38

Gráfica No.1. Curva de calibración para la para la validación del método analítico.


Tabla 7. Datos obtenidos de la curva de calibración del método analítico.

Parámetro Valor

Pendiente (m) 0,554 Intercepto en el eje Y (b) 0,035 Coeficiente de correlación lineal (R²) 0,9989


Los datos obtenidos en la regresión lineal de la curva de calibración se utilizaron para hallar las

concentraciones correspondientes a cada uno de los valores de la absorbancia, de los cuales se

necesitó el valor de la pendiente (sensibilidad) y el intercepto en el eje Y, como lo indica la Tabla

7.

4.2. PROCEDIMIENTO

4.2.1. Efecto de la concentración de Resorcinol (C6H6O2)

Para el cálculo de la concentración residual de Resorcinol se utilizó la Ecuación No. 1, en donde

se tiene la absorbancia medida a 510 nm, dependiendo de las condiciones propuestas para cada

una de las pruebas.

[𝐶𝑅] =𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎−0.035

0.0554 Ecuación No.1

y = 0,0554x + 0,035R² = 0,9989

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 1 2 3 4 5 6

AB

SO

RB

AN

CIA

(n

m)

CONCENTRACIÓN (ppm)

CURVA DE CALIBRACIÓN

curva de calibración

Lineal (curva de calibración )

39

4.2.2. Porcentaje de eliminación del Resorcinol

Para calcular el porcentaje de eliminación de Resorcinol de cada prueba, en la muestra de análisis

se relaciona la concentración inicial (Ci) y la concentración final (Cf) como se muestra en la

ecuación No.2.

𝑃𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑛𝑜𝑙 (%) =𝐶𝑖− 𝐶𝑓

𝐶𝑖 𝑥 100 Ecuación No. 2

4.3. EFECTO CONCENTRACION VS TIEMPO A continuación, se muestran los resultados obtenidos en los las pruebas fotocatalíticas realizadas acorde al

diseño experimental. En la Tabla No.8 se presenta el resumen de los resultados del porcentaje de

eliminación Resorcinol.

Tabla 8. Porcentaje de eliminación de concentración de Resorcinol por catalizador empleado.


TIEMPO PORCENTAJE DE ELIMIACION (%)

Para una concentración inicial de 200 ppm-MANGANITA DOPADA CON SAMARIO 0 0 5 10,2

10 12,0 15 12,0 20 12,0 25 12,0 30 12,0

Para una concentración inicial de 400 ppm-MANGANITA DOPADA CON SAMARIO 0 0

5 62,6

10 67,6

15 68,6

20 69,0

25 70,1

30 70,4

Para una concentración inicial de 200 ppm-MANGANITA DOPADA CON HOLMIO 0 0 5 55,2

10 53,3 15 51,6 20 51,7 25 52,4 30 58,2

Para una concentración inicial de 400 ppm-MANGANITA DOPADA CON HOLMIO 0 0 5 66,2

10 70,8 15 71,7 20 74,3 25 70,8 30 72,1

40

4.3.1. MANGANITA DOPADA CON SAMARIO

En la siguiente Gráfica se muestra la relación de concentración VS tiempo de la manganita de lantano

dopada con Samario (Sm), en diferentes concentraciones y en un tiempo de 30 minutos.

Gráfica No. 2. Concentración Vs Tiempo – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO.


En la Gráfica No.2 se observa la relación de las pruebas realizadas con la manganita de lantano dopada con

Samario con una concentración de Resorcinol de 200 ppm y 400 ppm, además del efecto en la disminución

de la concentración de Resorcinol durante los primeros 5 minutos de la realización de la prueba.

4.3.2. MANGANITA DOPADA CON HOLMIO

En la siguiente Gráfica se muestra la relación de concentración VS tiempo de la manganita de lantano

dopada con Holmio (Ho), en diferentes concentraciones y en un tiempo de 30 minutos.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40

Con

cen

trac

ión

en

(ppm

)

Tiempo (min)

Degradación del resorsinol con respecto al tiempo

concentración de resorcinola 200 ppm ensayo No 1

concentración de resorcinola 200 ppm

concentracion de resorcinola 400 ppm

41

Gráfica No. 3. Concentración Vs Tiempo – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO.


En la Gráfica No.3 se observa la relación de las pruebas realizadas con la manganita de lantana dopada con

Holmio con una concentración de Resorcinol de 200 ppm y 400 ppm, además del efecto en la disminución

de la concentración de Resorcinol durante los primeros 5 minutos de la realización de la prueba.

4.4. PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE RESOLCINOL En esta sección se encontrarán los datos empleados para determinar el porcentaje de remoción del

Resorcinol según el catalizador empleado. Cabe resaltar que las casillas que tienen un color diferente debido

a la teoría de las velocidades iniciales, ya que en el tiempo de 5 y 10 minutos es donde se presenta el mayor

porcentaje de remoción de Resorcinol.

4.4.1. MANGANITA DOPADA CON SAMARIO

En la Tabla 9 se muestra los datos empleados para determinar el porcentaje de remoción de Resorcinol

empleando la manganita de lantano dopada con Samario (Sm) y posterior a esto se encuentra la gráfica que

representa los resultados obtenidos.

Para una concentración inicial de 200 ppm:


Tiempo Absorbancia Concentración [ppm] % de remoción

0 0,67 200 0

5 0,63 179,602 10,198

10 0,62 175,992 12,003

15 0,62 175,992 12,003

20 0,62 175,992 12,003

25 0,62 175,992 12,003

30 0,62 175,992 12,003

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40

Con

cen

trac

ión

(p

pm

)

Tiempo (min)

DEGRADACIÓN DEL RESORSINOL CON

RESPECTO AL TIEMPO

concentración de resorcinol a200 ppm

concentración de resorcinol a400 ppm

42


Es de resaltar que la fila que se encuentra resaltada en color naranja la cual corresponde a los 5 minutos es

en donde se presencia la mayor actividad del catalizador.

Dado los resultados, se obtiene la siguiente Gráfica:

Gráfica No. 4. Porcentaje de remoción Resorcinol – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO.


Es de resaltar que, en la Grafica No. 4, la línea naranja representa el porcentaje de remoción y es donde se

puede observar que la mayor cantidad removida por la actividad fotocatalítica se da a los primero 5 minutos,

debido a que en este punto es donde el catalizador se encuentra más estable y con lo cual se logra la mayor

remoción a comparación de los otros puntos donde este pierde su efecto y el porcentaje de remoción no

varía con respecto al valor obtenido en el inicio.


Tabla 10. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON SAMARIO


0 0,6998 200 0

5 0,58 163,959 18,020

10 0,510 142,997 28,501

15 0,505 141,596 29,201

20 0,505 141,596 29,201

25 0,496 138,688 30,655

30 0,533 149,919 25,040


0

2

4

6

8

10

12

14

160

165

170

175

180

185

190

195

200

205

0 5 10 15 20 25 30

Porc

enta

je d

e re

moci

ón

(%

)

Con

cen

trac

ión

en

(ppm

)

Tiempo en (min)

PRIMER ENSAYO DE LA MANGANITA DE LANTANO

DOPADA CON SAMARIO Y UNA CONCENTRCIÓN

INICIAL DE 200 PPM DE RESORCINOL

concentración en ppm % de remoción

43

Es de resaltar que la fila que se encuentra resaltada en color azul la cual corresponde a los 5 minutos es en

donde se presencia la mayor actividad del catalizador.




Es de resaltar que, en la Grafica No. 5, la línea naranja representa el porcentaje de remoción y es donde se








0 1,3646 200 0

5 0,532 74,759 62,620

10 0,465 64,681 67,659

15 0,452 62,725 68,637

20 0,446 61,823 69,088

25 0,432 59,717 70,141

30 0,428 59,115 70,442


0

5

10

15

20

25

30

35

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

Porc

enta

je d

e re

moci

ón

(%

)

Con

cen

trac

ión

en

(ppm

)

Tiempo (min)

UNA CONCENTRCIÓN INICIAL DE 200 PPM DE

RESORCINOL


44



Dado los resultados, se obtiene la siguiente Gráfica



Es de resaltar que, en la Gráfica No.6, la línea naranja representa el porcentaje de remoción y es donde se





4.4.2. MANGANITA DOPADA CON HOLMIO

En la Tabla 12 se muestra los datos empleados para determinar el porcentaje de remoción de Resorcinol

empleando la manganita de lantano dopada con Holmio (Ho) y posterior a esto se encuentra la gráfica que

representa los resultados obtenidos.


Tabla 12. Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO.


0 0,6998 200 0

5 0,332 89,550 55,224

10 0,345 93,261 53,369

15 0,356 96,670 51,664

20 0,355 96,470 51,764

25 0,351 95,066 52,466

30 0,312 83,433 58,283


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

Porc

enta

je d

e re

moci

ón

con

cen

trac

ión

en

ppm

Tiempo (min)


RESORCINOL


45




Gráfica No. 7. Porcentaje de remoción Resorcinol – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO.


Es de resaltar que, en la Gráfica No. 7, la línea azul representa el porcentaje de remoción y es donde se






Tabla 13.Datos obtenidos en pruebas fotocatalíticas – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO.


0 1,3646 200 0

5 0,485 67,689 66,155

10 0,423 58,413 70,793

15 0,411 56,558 71,720

20 0,377 51,444 74,277

25 0,423 58,363 70,818

30 0,405 55,705 72,147


0

10

20

30

40

50

60

70

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 Porc

enta

je d

e re

moci

ón

(%

)

Con

cen

trac

ión

en

(ppm

)

Tiempo (min)


RESORCINOL


46




Grafica No. 8. Porcentaje de remoción Resorcinol – MANGANITA DOPADA CON HOLMIO.


Es de resaltar que, en la Gráfica No. 8, la línea azul representa el porcentaje de remoción y es donde se





4.5. DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO)

A continuación, se encuentra la determinación del parámetro ambiental de la DQO conocida como la

demanda química de oxígeno, esta se realizó para las muestras que fueron tomadas a los 5 minutos para las concentraciones de 0.025 g de manganita de lantano dopada con Holmio (Ho) y Samario (Sm)

respectivamente. Es importante resaltar que la determinación de la DQO se realizar por método de

titulación.

Ecuación para la determinación de DQO

𝐷𝑄𝑂 (𝐦𝐠 𝑶𝟐/𝐋) = (𝑨−𝑩)𝒙 𝑵 𝒙 𝟖𝟎𝟎𝟎

𝟏,𝟔 Ecuación 3

Donde:

A: Cantidad de Sulfato Ferroso Amoniacal (FAS) utilizado para la titulación del patrón.

B: ml de Sulfato Ferroso Amoniacal (FAS) utilizado para cada muestra.

N: Normalidad del FAS (0.1 N)

1,6: Valor del volumen en ml de cada muestra.

0

20

40

60

80

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 Porc

enta

je d

e re

moci

ón

(%

)

Con

cen

trac

ión

en

(ppm

)

Tiempo (min)


RESORCINOL


47

Tabla 14. Determinación de valores de DQO.

MUESTRA VOLUMEN DE FAS (ml) DQO (mg O2 /L)

PATRON METODO 8,4 -

BLANCO RESORCINOL 0 4200

Manganita de lantano dopada

con Samario (Sm) 0,135 4132,5

Manganita de lantano dopada con Holmio (Ho)

0,4 4000

Diferencia con respecto al blanco DQO (mg O2 /L)


con Samario (Sm) 67,5


con Holmio (Ho) 200


Ilustración 13. Pruebas de DQO realizadas para cada compuesto.


Ilustración 14. Pruebas de DQO realizadas por titulación.


48

4.6. ANÁLISIS DE VARIANZA En esta sección se encuentra el análisis de varianza de cada una de las variables (tiempo, concentración de

Resorcinol y carga del catalizador) las cuales, dentro del programa, se denominaron como factores y cada

una está compuesta de diversos niveles.

En la Tabla No. 15 se mostrará cada una de las variables denominada como factores y a su vez se mostrarán

los niveles que posee, con el fin de entender la división que se dio en el software Minitab.


19.2.

FACTORES NIVELES

Concentración Resorcinol 200 400

Carga del catalizador 0,025 0,035

Cada tiempo se refiere al ensayo que se realizó para cada una de las pruebas es decir que todos

los tiempos se utilizaron en cada nivel

Tiempo 5 10 15 20 25 30

Fuente. Autores.

A continuación, se encuentra en la Tabla No. 16 las condiciones en las cuales cada uno de los

factores evaluados dentro del programa fueron manejados estadísticamente por el programa

Minitab® versión 19.2 en el que el punto de significancia es de 0.05 el cual determina si se acepta

la hipótesis nula o la hipótesis alterna dando así la significancia del factor dentro del significativo

o no el factor en el resultado.


programa, con un nivel de significancia de 0,05.

Método

Hipótesis nula Todas las medias son iguales

Hipótesis alterna No todas las medias son iguales

Nivel de significancia α = 0,05

Fuente. Minitab versión 19.2.

Se presupuso igualdad de varianzas para el análisis

Cada uno de los factores posee una tabla en la cual se da la información de este teniendo en cuenta

los niveles que posee, los valores que tiene cada nivel para el estudio ANOVA.

A continuación, en las Tablas 17, 18 y 19 se mostrarán la información de cada uno de los factores:


estudio con sus valores respectivos.

Información del factor

Factor Niveles Valores

Concentración de Resorcinol 2 200; 400


49

Tabla 18. Información del factor 2 (carga del catalizador) y los niveles que posee dentro de estudio con

sus valores respectivos.



Carga del catalizador 2 0,025; 0,035


Tabla 19. Información del factor 3 (tiempo) y los niveles que posee dentro de estudio con sus valores

respectivos.



Tiempo 6 5; 10; 15; 20; 25; 30


A continuación, se obtuvieron los datos del análisis de varianza de cada uno de los factores,

dándole relevancia al valor P el cual nos da la importancia del factor con respecto a los otros

factores, al ser el valor P menor que 0.05 nos quiere decir, que es relevante el factor y aceptamos

la hipótesis alterna lo que nos quiere decir que los valores medios son diferentes y a su vez teniendo

un valor F tan alto nos da la relevancia que los datos están relacionados.

A continuación, se mostrarán los análisis de varianza de cada factor en las Tablas 20, 21 y 22:

Tabla 20. Información del factor 1 (concentración de Resorcinol) dando el valor P.

Análisis de Varianza

Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p

Concentración de

Resorcinol

1 10831 10831,1 53,15 0,000

Error 28 5706 203,8

Total 29 16537


Tabla 21. Información del factor 2 (carga del catalizador) dando el valor P.



Carga del catalizador 1 10831 10831,1 53,15 0,000

Error 28 5706 203,8

Total 29 16537


Tabla 22. Información del factor 3 (tiempo) dando el valor P.



Tiempo 5 922 18,44 0,03 1,000

Error 24 16444,6 685,19

Total 29 16536,8


50

Teniendo en cuenta cada uno de los análisis de varianza, se puede observar que dos de los factores

son relevantes y se ven relacionados directamente con los resultados arrojados, ya que el valor P

esta menor a este valor y a su vez el valor F nos refleja que tienen una relación muy alta con los

resultados para los resultados, esto solo aplica para el factor de concentración de resorcinol y para

la carga del catalizador.

Con respecto al factor tiempo, se puede decir que este no tiene una relación concreta, es decir, que

en solo los primeros 5 minutos presenta una alta remoción del contaminante que en este caso es el

resorcinol, por lo tanto el valor P se encuentra en el máximo posible y el valor F nos da muy bajo,

dando a entender que estos valores tiene que aceptar la hipótesis nula y a su vez que los datos no

se encuentran relacionados con los resultados.

A continuación, se mostrará el resumen del modelo y las medias para cada uno de los factores,

teniendo en cuenta que los resultados para la concentración del resorcinol y la carga del catalizador

son iguales y no cambian en ningún aspecto ni grafico ni en valores numéricos, por esta razón solo

presentaremos el resumen del modelo para la concentración del resorcinol y el tiempo.

Tabla 23. Resumen del factor 1 y 2 (concentración de Resorcinol y carga del catalizador), se utiliza la

misma tabla ya que los valores dan exactamente iguales.

Resumen del modelo

S R-cuad. R-cuad.

(ajustado)

R-cuad.

(pred)

14,2749 65,50% 64,26% 61,28%




Medias

Concentración

de resocinol N Media Desv.Est. IC de 95%

200 18 30,76 18,16 (23,86; 37,65)

400 12 69,542 3,049 (61,101; 77,983)


Desv.Est. agrupada = 14,2749

Tabla 25. Resumen del factor 3 (Tiempo).

Resumen del modelo

S R-cuad. R-cuad.

(ajustado)

R-cuad.

(pred)

26,1762 0,56% 0,00% 0,00%


51

Tabla 26. Medias del factor 3 (tiempo), se denotan cada uno de los niveles.

Medias

Tiempo N Media Desv.Est. IC de 95%

5 5 42,4 26,3 (18,3; 66,6)

10 5 46,5 25,5 (22,3; 70,6)

15 5 46,6 25,7 (22,5; 70,8)

20 5 47,3 26,4 (23,1; 71,4)

25 5 47,2 25,6 (23,1; 71,4)

30 5 47,3 27,5 (23,4; 71,7)



Como se pudo observar en las tablas anteriores, tanto en la tabla 24 como en la tabla 26, en la

columna de Intervalo de Confianza de 95% muestra los rangos en los cuales se presenta la media

del porcentaje de remoción de resorcinol, es decir, que cada uno de los factores y cada nivel tiene

un rango de remoción de resorcinol y que posee una media en la cual se puede encontrar el

resultado en específico de la remoción.

Tanto en la concentración de resorcinol como en la carga del catalizador vemos que el porcentaje

de mayor remoción se presenta en los niveles más altos, es decir en 400 ppm de concentración de

resorcinol y en 0,035 g de cantidad de catalizador por lo que en las siguientes graficas muestra los

resultados significativos de la alta remoción en estos niveles.

A continuación, se presentan las gráficas de la caja de porcentaje de remoción vs la concentración

del resorcinol y el porcentaje de remoción vs la carga del catalizador, realizadas en MINITAB.

52


realizada en MINITAB.



MINITAB.


53

Como podemos observar tanto en la concentración de resorcinol como en la carga del catalizador,

los resultados arrojados, muestran que la mayor eficiencia de remoción se muestra en los valores

más altos tanto en la concentración del resorcinol como en la carga del catalizador, dándonos así

un valor medio que está señalado en la gráfica de cajas y a su vez nos da un rango de probabilidad

entre los valores de (61,101; 77,983) de remoción, lo que significa que son valores muy altos de

remoción del contaminante.

Gráfica No. 11. Caja de porcentaje de remoción vs tiempo factor 3 realizada en MINITAB.


Con respecto al grafico de tiempo o factor 3, tenemos en cuenta que los valores de porcentaje de

remoción pueden ser muy grandes en cada uno de los tiempo, pero como la relación de este factor

con el resultado no es tan relevante, ya que al tener los resultados de la remoción, relacionándolos

con esta gráfica, no podemos tener encuentra los tiempos de 10 minutos en adelante ya que la

mayor remoción se presentó en los primeros 5 minutos, por lo tanto se realizó un estudio ANOVA

adicional con eliminar la variable de tiempo y solo tener los primeros 5 minutos como estudio.


19.2.

FACTORES NIVELES

Concentración Resorcinol 200 400

Carga del catalizador 0,025 0,035

Tiempo 5

Fuente. Autores.

54

A continuación, se presentarán los resultados obtenidos con respecto a los primeros 5 minutos de

cada uno de los ensayos.


programa, con un nivel de significancia de 0,05.

Método

Hipótesis nula Todas las medias son iguales

Hipótesis alterna No todas las medias son iguales

Nivel de significancia α = 0,05


Se presupuso igualdad de varianzas para el análisis

Cada uno de los factores posee una tabla en la cual se da la información de este teniendo en cuenta los

niveles que posee, los valores que tiene cada nivel para el estudio ANOVA.

A continuación, en las Tablas 29 y 30 se mostrarán la información de cada uno de los factores:


estudio con sus valores respectivos.



Concentración

de Resorcinol

2 200; 400


Tabla 30. Información del factor 2 (carga del catalizador) y los niveles que posee dentro de estudio con

sus valores respectivos.



Carga del

catalizador

2 0,025; 0,035


Como bien se había mostrado anteriormente, están denominados de igual forma que el primer

análisis de varianza por lo tanto la hipótesis nula y la hipótesis alterna se mantienen y a su vez los

niveles para cada factor son los mismo, considerando que en este caso el ANOVA no puede

analizar los valores del tiempo ya que solo tendría un nivel y no sería para nada representativo.

Teniendo en cuenta la misma importancia que tiene el valor P y el valor F para el estudio ANOVA,

se presentan los resultados arrojados por el programa MINITAB

A continuación, se mostrarán los análisis de varianza de cada factor en las Tablas 31 y 32:

55

Tabla 31. Información del factor 1 (concentración de Resorcinol) dando el valor P.



Concentración

de Resorcinol

1 1605 1605,1 4,14 0,135

Error 3 1164 387,9

Total 4 2769


Tabla 32. Información del factor 2 (carga del catalizador) dando el valor P.



Carga del

catalizador

1 1605 1605,1 4,14 0,135

Error 28 1164 387,9

Total 29 2769


Como nos podemos dar cuenta los valores tanto del valor P como del valor F, cambian ya que la

relación con el tiempo es más disminuida y a su vez son menos datos los que analiza el programa

Minitab, por esta razón se ven afectados los valores en el análisis de varianza, esto quiere decir

que tenemos que aceptar la hipótesis nula donde indica que las medias son iguales para todos los

puntos.

A continuación, se mostraran los resúmenes de los factores evaluados nuevamente en el ANOVA

teniendo en cuenta que son los resultados obtenidos analizando solo la concentración de resorcinol

y la carga del catalizador a los primeros 5 minutos de cada ensayo, por otra parte se presenta solo

un resumen y una sola tabla de medias ya que los valores son iguales para cada factor.

Tabla 33. Resumen del factor 1 y 2 (concentración de Resorcinol y carga del catalizador), se utiliza la


Resumen del modelo

S R-cuad. R-cuad.

(ajustado)

R-cuad.

(pred)

19,6961 57,97% 43,96% 5,04%




Medias

Concentración

de resocinol N Media Desv.Est. IC de 95%

200 3 27,8 24,1 (8,4; 55,03)

400 2 64,39 2,50 (62,30; 66,98)



56

Como podemos ver en los intervalos de confianza de 95%, se encentra un gran factor de remoción

en los valores bajos para la concentración de resorcinol y para la carga del catalizador, pero en los

valores altos se presenta un intervalo menor, pero con una capacidad de remoción más grande, lo

que quiere decir que es más efectivo la carga de catalizador más grande que la pequeña dando así

un resultado sustancial para los primeros 5 minutos dentro del reactor.

Por consiguiente, presentamos las gráficas de cajas de cada uno de los factores.


realizada en MINITAB.



MINITAB.


57

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

De las gráficas presentadas anteriormente, se puede observar que el comportamiento decrece para

cada uno de los ensayos; por lo cual se evidencia una zona de iniciación que a medida que el

tiempo transcurre se va estabilizando, por ende, la actividad de reacción es lenta y la variación de

la concentración disminuye, pero no de forma significativa, esto puede estar asociado a la teoría

de las velocidades iniciales.

De tal forma que, al realizar la descomposición del Resorcinol por fotocatálisis para cada una de

las pruebas, se obtuvieron los porcentajes de eliminación mayores haciendo uso del Holmio como

catalizador. Observando el comportamiento tanto para la manganita de lantano dopada con Holmio

y con Samario, tienen una actividad fotocatalitica alta en los primeros 5 minutos, ya que la

disminución de la concentración de Resorcinol es grande, pero muestra una desactivación después

de este lapso de tiempo lo que quiere decir, que el compuesto no es estable después de determinado

tiempo y tiende a desactivarse, lo que significa que la concentración en ese punto se mantiene

constante.

La DQO presenta una disminución mínima con respecto a la muestra patrón, lo que quiere decir

que, si hay una reducción en cuestión del contaminante, pero no es tan significativa en el proceso.

Esta variación es poco significativa lo cual se puede interpretar en dos dimensiones, en primer

lugar, los productos obtenidos por la descomposición del resorcinol no requieren de mayores

cantidades de oxígeno para su eliminación y en segundo lugar se puede suponer que la

desestabilización del solido bajo estudio tiene una influencia directa sobre este parámetro.

Teniendo en cuenta el análisis de varianza ANOVA, los datos son relevantes para el tema a tratar,

pero no son datos que se puedan proyectar, ya que son muy pocos y por lo tanto este análisis solo

sirve para nuestro proyecto.

Al observar los resultados obtenidos por las medias y los intervalos de confianza tanto en el primer

análisis ANOVA con respecto al segundo, nos damos cuenta que en el primer análisis el valor P y

el valor F fueron fundamentales para el factor 1 y 2 es decir para la concentración de resorcinol y

para la carga del catalizador, ya que fueron valores de 0 en el punto P y valores de 53,15 lo que

indica que los resultados son altamente relacionados con los factores y se acepta la hipótesis alterna

la cual dice que las medias son diferentes, mientras que el tiempo solo es significativo para los

primeros 5 minutos y acepta la hipótesis nula afirmando así que las medias son iguales y no

representa una alta diferencia en los resultados en la remoción de resorcinol.

En tanto al segundo análisis ANOVA, se tuvo en cuenta solo los primeros cinco minutos de cada

ensayo, eliminando así una variable que no tenía una alta relevancia con respecto a los demás

tiempos, pero se le da una alta connotación a las velocidades iniciales de cada ensayo, ya que fue

en este tiempo donde se presentó la mayor remoción de resorcinol. Tanto en el valor P como en el

58

valor F se vieron afectados, ya que en este caso el factor 1 y el factor 2 (concentración de resorcinol

y la carga del catalizador) aceptan la hipótesis nula y su valor F es muy bajo.

Por esta razón la falta de combinaciones dentro del proyecto, no permite definir cuál de los factores

es más relevante, pero, se puede inferir que al utilizar más catalizador la remoción será mucho

mayor.

En este momento, a la luz de los resultados obtenidos, donde se evidencia que el sólido bajo estudio

muestra actividad en la descomposición del Resorcinol, se amplia el campó de estudio con varios

sentidos. En primer lugar, como se anota en las recomendaciones, es necesario estudiar estrategias

para estabilizar la actividad toda vez que esta disminuye drásticamente al poco tiempo de uso. Para

este propósito es necesario hacer un estudio sobre la modificación de la estructura cristalina, esto

es, un conjunto de análisis usando técnicas como la difracción de rayos X, la microscopia

electrónica de barrido y la espectroscopia Raman.

En segundo término, una vez encontrada la actividad del sólido, se precisa de un estudio “On line”

de la reacción de descomposición asistido por cromatografía de gases acoplada a un detector

selectivo de masas con lo cual es posible identificar y cuantificar las especies que se producen

durante la irradiación.

Desde estas evidencias se destaca la importancia, en primer lugar, de este tipo de estudios y en

segundo lugar de la utilidad de la química en la dimensión ambiental. En atención a lo anterior, en

las recomendaciones se sugiere realizar los dos estudios antes mencionados, con lo que se traza

una línea de trabajo interdisciplinar

Por último, el proyecto de investigación se interesó por la evaluación de la actividad fotocatalítica

de la manganita de lantano dopada en una primera instancia con Holmio y en una segunda con

Samario. Cuando se propuso, no se tenía reporte de este comportamiento con lo que, el estudio es

de tipo exploratorio.

59

6. RECOMENDACIONES

El cuidado con el pH para cada prueba de coloración, es primordial lo que se aconseja que este entre 4,50

y 5 de pH para mantener así una correlación entre la lectura en 510nm y no presente variaciones en la

lectura.

Todos los elementos de la práctica de laboratorio deben estar totalmente limpios no deben tener ningún

contaminante o alguna sustancia que pueda interferir con la coloración y con la lectura de las muestras ya

que pueden interferir con la lectura en el espectrofotómetro.

Los intervalos de tiempo entre cada una de las muestras debe ser lo menor posible, es decir después de

centrifugar se debe realizar rápidamente la coloración y la medición, ya que al transcurrir el tiempo la

muestra va cambiando de color y va cambiando el resultado en el espectrofotómetro, otra opción es

mantener todas las muestras en zonas con poca luz que la entrada de luz sea la más mínima y a su vez

cuando se realice la coloración de cada muestra se midan todas al mismo tiempo.

Para el análisis ANOVA debemos tener en cuenta la mayoría de combinaciones de cada una de las variables

a manejar, ya que al tener un resultado y al tener varios niveles o categorías, podemos tener un análisis más

profundo y con una mayor facilidad de proyección hacia otros experimentos y a su vez tendremos una mejor

fiabilidad en el análisis ANOVA.

Se recomienda mirar las características químicas de cada compuesto ya que la función de este en los

primeros 5 minutos demuestra que funciona y después de este tiempo se desactiva, lo que quiere decir que

es el trabajo de un químico seguir investigando para poder estabilizar el compuesto y mirar sus

características y la formación de un compuesto más eficiente, con el fin de disminuir la carga del catalizador

y que este a su vez siga funcionando por más tiempo.

60

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