Degradación de colorantes por técnicas fotoquímicas

Abstract

La industria textil genera contaminantes de agua y desechos peligrosos. Sus efluentes, típicamente calientes, alcalinos y coloreados contienen sólidos suspendidos, aceites minerales y compuestos orgánicos, considerados contaminantes xenobióticos recalcitrantes. La degradación de los efluentes de la industria textil representa un reto tecnológico en los procesos de tratamiento de aguas residuales. En la presente tesis doctoral se investigaron aspectos cinéticos y mecanísticos de los procesos degradativos de cuatro contaminantes, dos colorantes azoicos, Rojo Congo (RC) y Benzopurpurin 4B (B4B), y dos compuestos utilizados en la producción de los mismos y encontrados como productos de su degradación, Bencidina (BZ) y O-tolidina (OT), sustancias altamente tóxicas. Se estudió la degradación de estos compuestos mediante procesos de oxidación avanzados (POAs). Se evaluó la fotodegradación sensibilizada mediante estudios experimentales usando técnicas de espectrofotometría UV-Vis, fluorescencia estacionaria, láser flash fotólisis y detección de fosforescencia de oxígeno singlete [O2( 1g)], entre otras. Se compararon las velocidades de fotodegradación con las de los contaminantes arquetípicos modelo, como son fenol (PH) y anilina (AN). Se estudió la eficiencia de la degradación los POAs: Fenton, foto-Fenton y foto-Fenton asistida con oxalato. Entre los factores claves para potencializar los rendimientos de los mismos, las concentraciones de Fe (II), peróxido de hidrogeno, ácido oxálico y pH fueron importantes para obtener cinéticas de conversión significativas acompañadas por decoloración. Para los contaminantes seleccionados, se obtuvieron los porcentajes de degradación por espectrofotometría y cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC) y el grado de mineralización con medidas de Carbono Orgánico Total (COT). De acuerdo a los resultados obtenidos los POAs son mucho más eficientes que la fotólisis directa. En los procesos de fotodegradación sensibilizada por Riboflavina (Rf) y bajo irradiación con luz visible, BZ y OT interactúan con O2( 1Δg), de manera física, y con especies reactivas de oxígeno (ROS) como O2 ●- , H2O2 y OH● . De la comparación de la reactividad de BZ y OT con AN y PH, se observa que los dos primeros sufren una fotodegradación espontánea más lenta que las dos últimas. Comparando el proceso de Fenton con el de foto-Fenton, éste último es más eficiente en cuanto a la degradación y la mineralización de BZ, OT, B4B y RC. Asimismo, las experiencias de foto-Fenton asistida con oxalato indican que la degradación mediante ferrioxalato tiene una eficiencia similar a la de foto-Fenton con la gran ventaja de emplear la radiación visible.

The textile industry produces water pollutants and hazardous waste. These typically hot, alkaline and colored effluents contain suspended solids, mineral oils and organic compounds, considered recalcitrant xenobiotic contaminants. The degradation of textile industry’s effluents represents a technological challenge in wastewater treatment processes. The present doctoral thesis deals with the study of kinetic and mechanistic aspects of the degradation processes of four pollutants, two azo dyes, Congo Red (RC) and Benzopurpurin 4B (B4B), and two compounds used in their production and also found as degradation products, Benzidine (BZ) and O-tolidine (OT). BZ and OT are highly toxic substances. The degradation of these compounds was studied through advanced oxidation processes (AOPs). Sensitized photodegradation was evaluated by experimental studies using different techniques, UV-Vis spectrophotometry, stationary fluorescence, laser flash photolysis and detection of singlet oxygen phosphorescence [O2( 1∆g)], among others. The photodegradation rates were compared with those of archetypal contaminants, such as phenol (PH) and aniline (AN). The efficiency of the photocatalytic degradation was studied using the Fenton, photo-Fenton and photo-Fenton processes assisted with oxalate. Among the key factors to potentiate the yields of their degradation were the concentrations of Fe (II), hydrogen peroxide and oxalic acid. They were important to obtain significant conversion kinetics accompanied by discoloration. For the selected pollutants, the percentages of degradation by spectrophotometry and high efficiency liquid chromatography (HPLC) and the degree of mineralization using Total Organic Carbon (TOC) measurements were determined. According to the results obtained, AOPs are much more efficient than direct photolysis. In the processes of photodegradation sensitized by Riboflavin (Rf) and under irradiation with visible light, BZ and OT interact with O2( 1Δg), physically, and with reactive oxygen species (ROS) such as O2 ● -, H2O2 and OH● . The spontaneous photodegradation rates of BZ and OT are slower than the model contaminants AN and PH. Comparing the Fenton process with the photo-Fenton process, the latter is more efficient in terms of the degradation and mineralization of BZ, OT, B4B and RC. Also, the photoFenton degradation process assisted with oxalate have have a efficiency similar to that of photo-Fenton process with the great advantage of using visible radiation.