PROCESO PARA LA DEGRADACIÓN DE COLORANTES TEXTILES MEDIANTE DE FOTOCATALIZADORES
Descripción
Resistentes a :
Agentes oxidantes y reductores
Lavados
Exposición a la luz
Degradación microbiana
Del 2 al 50% desechados en las aguas residuales
120 , 000 L/ Ton fibra
Muchas actividades industriales liberan grandes cantidades de efluentes, contaminadas con colorantes al ambiente , siendo la principal fuente emisora de colorantes, la industria textil
Genera grandes residuos causando un reto la destrucción del colorante, en la mayoría de los casos considerado un contaminante tóxico y cancerígeno
Este trabajo de investigación se centra en el estudio de la Técnicas heterogénea y homogénea para el colorante azul reactivo 69 (AR69). Asimismo se ha estudiado el efecto sobre la cinética de decoloración de las aguas con el fin de encontrar el óptimo de aplicación.
Fotocatálisis Heterogénea
Fotocatálisis Homogénea
POA'S
Sales: NaCl y Na2SO4
Provenientes del teñido
Agentes surfactantes
Fenoles
Metales pesados
Compuestos orgánicos
Solventes clorados
Provenientes del lavado y la limpieza de máquinas
Biocidas
Pentaclorofenol
Proveniente de fibra de lana contaminada
Aniones tóxicos
Sulfuro
Presente en algunos colorantes
Tienen un grupo cromóforo que da el color .
Alta solubilidad en agua.
Los colorantes tienen una pobre fijación sobre las telas y en el líquido que se descargan.
Se encuentran en concentraciones de colorante arriba de 1,500 mg/L.
TiO2
Fe+2
SiO2
Fotocatalizador
Características
Las especies fotoactivas permanecen durante la operación
El soporte resiste a las reacciones de oxidación y tiene alta estabilidad
Los iones de Fe mejora las propiedades catalíticas, debido a la contribución de las reacciones tipo Fenton.
1
La suspensión estará agitándose continuamente para homogeneizar y alcanzar el equilibrio de adsorción de las moléculas de colorante sobre la superficie del catalizador.
3
Se hará un muestreo a la salida de los colectores cada media hora para evaluar la degradación del colorante.
4
El proceso de recuperación del catalizador se realizará por decantación siguiendo el proceso un secado en un secador flash.
2
6
La degradación del proceso será controlado manualmente.
El colorante AR69 en solución acuosa, en presencia de H2O2 (0.3 % en masa y 2 g/L de fotocatalizador) serán introducidos al tanque de mezclado. Donde también se hará el ajuste de pH a 3 unidades.
5
Tiempo de residencia 2 horas.
Tiempo de operación 8 horas.
Naranja ácido 7
Violeta básico 3
Azul pícrico
Azul ácido 40
Azul ácido 74
Azul 19
Azul 69
Paso 1:
Eliminando Diferencias de tipo molecular
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BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
C23H14BrN3Na2O9S2 + H2O2 + Luz Uv CO2 + H20 + HBr + HN3 + SO2 + Na+
Fe/TiO2/SiO2
Mecanismo General para Procesos de Oxidación Avanzada
OH + RH
R + H2O
(Ecuación 1)
R + O2
RO2 +CO2 + Productos
(Ecuación 2)
OH + R
R+ + HO
(Ecuación 4)
OH + R
HOR
(Ecuación 3)
OH + OH
H2O2
(Ecuación 5)
H2O2 + OH
H2O + HO
(Ecuación 6)
MECANISMOS DE REACCIÓN
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19
MECANISMOS DE REACCIÓN
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Procesos de Oxidación Avanzada Aplicados al Tratamiento de Aguas
Son procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes involucran la generación y uso de especies transitorias poderosas, fundamentalmente el radical hidroxilo OH.
Funcionan a partir de diferentes combinaciones de ozono, peróxido de hidrógeno, radiaciones UV y dióxido de titanio, o mediante el reactivo Fenton (H2O2/Fe2+), se producen radicales OH.
MECANISMOS DE REACCIÓN
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17
Mecanismos de reacción
16
Metodología
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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15
Recuperación y Reutilización del catalizador
Decantador/Clarificador
Secado por aspersión
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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14
Sustentabilidad
Implementación de colectores solares planos
El Estado de Chihuahua tiene regiones semiáridas que se caracterizan por la mayor cantidad de radiación solar, en donde más del 90% de la luz solar llega como radiación directa, ya que la precipitación es muy poca, menos de 250 mm, y no se tiene presencia abundante de nubosidad, presentándose más de 300 horas de luz solar por año.
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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13
Sistema fotocatalítico elemental
Sistema
Fotocatalítico
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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12
Materiales
Técnica sol-gel: De esta técnica se obtendrá el catalizador TiO2/Fe/SiO2
Sílice pirogénica
Tetracloruro de titanio (TiCl4)
Nitrato férrico 9-hidratado (Fe(NO3)3.9H2O)
Hidróxido de amonio (NH3OH)
Suspensión
Azul Reactivo AR69
H2O2 al 30%
Catalizador
Ajuste de pH
HNO3
Equipos:
Mezclador propela marina
Colector solar plano
Decantador/Clarificador
Evaporador
Compresor
Inyector
Bombas impulsor de acero al carbón para su resistencia al acido
Tubería para de colectores pyrex
Tubería de conexión de teflón
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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11
Mecanismo de la degradación de colorante textil Azul 69
MECANISMOS DE REACCIÓN
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20
Primer camino de la reacción
MECANISMOS DE REACCIÓN
21
MECANISMOS DE REACCIÓN
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22
Balances de materia y energía
Diagrama de flujo
30
Ilustración 10. Porcentaje de remoción de DQO como una función de % en masa de Fe. (García, Ríos y Valverde, 2011)
CINÉTICA QUÍMICA
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CINÉTICA QUÍMICA
Ilustración 9. Constante cinética aparente y % de remoción de COT, como una función de % en masa de Fe (García, Ríos y Valverde, 2011)
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28
Naturaleza y concentración del contaminante
CINÉTICA QUÍMICA
La cinética de degradación de compuestos sigue la ecuación de Langmuir-Hinshenlwod (ecuación 1).
(dC/dt)inicial –kKC/(1+KC) (1)
Degradación del colorante textil AR69
Ilustración 8. Perfiles de decoloración de AR69, bajo iluminación UV-A y en presencia de H2O2, empleando los catalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0.0, 0.5, 0.7, 1.0% en masa de Fe) (García, Ríos y Valverde, 2011)
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Cinética Química
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26
Mecanismo global de la reacción
C23H14BrN3Na2O9S2 + H2O2 + Luz Uv CO2 + H20 + HBr + HN3 + SO2 + Na+
Fe/TiO2/SiO2
MECANISMOS DE REACCIÓN
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25
1
2
3
4
5
MECANISMOS DE REACCIÓN
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24
Segundo camino de la reacción
MECANISMOS DE REACCIÓN
23
Este proyecto se sugiere una fusión de las dos técnicas, utilizando el fotocalizador dióxido de titanio (TiO2) dopado con iones de fierro (Fe) soportado sobre sílice (SiO2), Fe/TiO2/SiO2.
+
H2O2
SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA
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10
Selección
de la mejor vía
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9
PROBLEMÁTICA
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8
Paso 5 Integración de Tareas
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DIAGRAMA DE FLUJO
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38
DIAGRAMA DE FLUJO
Mezclador para sólidos
Para llevará acabo la conversión heterogénea se necesita un buen grado de mezclado.
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39
DIAGRAMA DE FLUJO
Decantador
La densidad de el catalizador es mayor comparándola con el licor en el que se encuentra, y su nula solubilidad son usados en la separación.
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40
DIAGRAMA DE FLUJO
Secador de aspersión
Aire caliente moverá la alimentación del catalizador con alta humedad y usando un ciclón se separara de su humedad rápidamente
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41
DIAGRAMA DE FLUJO
Colector Solar
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42
DIAGRAMA DE FLUJO
43
Conclusión
La planta propuesta para la degradación de colorantes es aplicable a cualquier otro además es de fácil manejo, y operación el costo de arranque es el único a considerar, usando reactivos y sistemas amigables con el ambiente además el catalizador es recuperable este el sistema trabaja con principios de ingeniería verde
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INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Idalia Orrantia Hernández
Saúl Valdez Duarte
Yesica Porras Barrón
Ruth Caraveo Rendón
CATÁLISIS
Mario
Alejandra
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL- CATÁLISIS
45
Paso 2
Distribución de reactivos
Tomando consideraciones:
El colorante esta en suspensión 0.003% masa
La corriente de peróxido se encuentra a 30% en peso en dilución
El catalizador se alimenta a un 0.2 del peso en referencia la corriente del colorante.
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32
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
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34
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
Definición del Problema
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7
OH-
O2-
Fe2+ + H2O2 + hv Fe3+ + OH + OH-
TiO2 + H2O2 OH + OH-
Fotocatalizador
INTRODUCCIÓN
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6
Toxicidad
INTRODUCCIÓN
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5
Paso 4
Eliminar diferencia en temperatura, presión y fase.
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BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
Colorantes textiles
INTRODUCCIÓN
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4
Introducción
2
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INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Orrantia Hernández
Valdez Duarte
Porras Barrón
Caraveo Rendón
CATÁLISIS
Rivera Orozco
Padilla Cardenas
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL- CATÁLISIS
1
Paso 3
Eliminar diferencia de composición
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BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
1
INTRODUCCIÓN
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Provenientes del teñido
Agentes surfactantes
Fenoles
Metales pesados
Compuestos orgánicos
Solventes clorados
Provenientes del lavado y la limpieza de máquinas
Biocidas
Pentaclorofenol
Proveniente de fibra de lana contaminada
Aniones tóxicos
Sulfuro
Presente en algunos colorantes
Fotocatalizador
SiO2
Fe+2
TiO2
Resistentes a :
Agentes oxidantes y reductores
Lavados
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Tienen un grupo cromóforo que da el color .
Alta solubilidad en agua.
Los colorantes tienen una pobre fijación sobre las telas y en el líquido que se descargan.
Se encuentran en concentraciones de colorante arriba de 1,500 mg/L.
Naranja ácido 7
Violeta básico 3
Azul pícrico
Azul ácido 40
Azul ácido 74
Azul 19
Azul 69
1
El colorante AR69 en solución acuosa, en presencia de H2O2 (0.3 % en masa y 2 g/L de fotocatalizador) serán introducidos al tanque de mezclado. Donde también se hará el ajuste de pH a 3 unidades.
2
La suspensión estará agitándose continuamente para homogeneizar y alcanzar el equilibrio de adsorción de las moléculas de colorante sobre la superficie del catalizador.
3
Se hará un muestreo a la salida de los colectores cada media hora para evaluar la degradación del colorante.
4
Tiempo de operación 8 horas.
Tiempo de residencia 2 horas.
5
El proceso de recuperación del catalizador se realizará por decantación siguiendo el proceso un secado en un secador flash.
6
La degradación del proceso será controlado manualmente.
Características
Las especies fotoactivas permanecen durante la operación
El soporte resiste a las reacciones de oxidación y tiene alta estabilidad
Los iones de Fe mejora las propiedades catalíticas, debido a la contribución de las reacciones tipo Fenton.
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