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Eliminación de contaminantes orgánicos en aguas residuales mediante métodos electroquímicos con catalizadores heterogéneos


13/01/2021

I+D+i
Eliminación de contaminantes orgánicos en aguas residuales mediante métodos electroquímicos con catalizadores heterogéneos

 

  • Los resultados más relevantes obtenidos de esta investigación son un claro avance respecto al gran desafío que supone proponer un sistema electroquímico donde se trabaje con un catalizador heterogéneo activo sea cual sea el pH natural del agua tratada, y fácilmente recuperable y reutilizable
 
Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la URJC en colaboración con la Universidad Técnica de Dinamarca, han demostrado que la presencia de partículas sólidas de perovskita, un óxido metálico con cobre, manganeso y lantano, en un sistema electroquímico de tratamiento de contaminantes orgánicos en agua, permite incrementar la eficiencia del sistema en un amplio rango de pH del agua residual, con una baja intensidad de corriente y voltaje aplicado, lo que conlleva a un menor coste eléctrico, y manteniendo una elevada estabilidad de las partículas sólidas, que pueden reutilizarse sin pérdida de actividad aparente.
 
Los resultados más relevantes obtenidos de esta investigación son un claro avance respecto al gran desafío que supone proponer un sistema electroquímico donde se trabaje con un catalizador heterogéneo activo sea cual sea el pH natural del agua tratada, y fácilmente recuperable y reutilizable.
 

Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC

 
Los procesos electroquímicos de oxidación avanzada han despertado un gran interés en los últimos años como una prometedora alternativa para la eliminación de contaminantes persistentes en aguas.
 
Estos procesos se basan en la generación de radicales hidroxilo mediante la reducción del peróxido de hidrógeno producido insitu en el reactor. Los procesos electroquímicos, entre ellos el electro-Fenton, presentan grandes ventajas frente a los tratamientos convencionales, ya que evitan la necesidad de adicionar un agente oxidante y consecuentemente abaratando el precio del proceso [1].
 
Por otro lado, el uso de catalizadores sólidos en estos procesos de oxidación avanzada solventa limitaciones de los procesos homogéneos, donde se requiere trabajar a valores de pH ácidos, y se genera una gran cantidad de lodos metálicos tras el tratamiento [2, 3]. Las perovskitas son materiales de origen mineral que presentan propiedades redox y una alta movilidad de los electrones presentes en su estructura, que los hace muy atractivos para los procesos electroquímicos.
 
Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, dentro la Red Madrileña de Tratamiento de Aguas Residuales (REMTAVARES), y en colaboración con la Universidad Técnica de Dinamarca han estudiado la utilización de un material tipo perovskita que contiene cobre, denominado LaCu0.5Mn0.5O3como catalizador heterogéneo de un proceso electro-Fenton para la eliminación de contaminantes orgánicos no biodegradables [4].
 
El estudio se realizó utilizando un tinte (azul de metileno) como contaminante modelo en una celda electroquímica, como la mostrada en la Fig. 1, que se compone de un ánodo de titanio recubierto por óxidos de iridio y un cátodo de grafito.
 
 
 
Fig. 1. A) Esquema de la celda electroquímica B) Mecanismo del proceso de electro-Fenton
 
 
El catalizador tipo perovskita fue probado en un amplio rango de pH, desde valores ácidos (3) hasta valores básicos (8.5). Los resultados obtenidos indican una elevada actividad y estabilidad del material trabajando a pH neutro e incluso básico, con reducciones completas del contaminante y una mineralización del carbono orgánico total presente en la muestra del 26 % tras dos horas de tratamiento.
 
Además, entre los resultados más relevantes, cabe destacar la alta estabilidad y durabilidad del material seleccionado el cual no se desactivó tras 20 horas de reacción.
 
Con todo ello, los investigadores de la URJC y la DTU concluyeron que el material LaCu0.5Mn0.5O3 es un material prometedor para este tipo de procesos ya que mostró una notable actividad a pH neutro y básico, incluso trabajando con una baja densidad de corriente (2.6-0.9 mA/cm2), lo que abarata el coste del proceso, y con un elevado grado de reutilización en reacciones sucesivas sin desactivación aparente ni pérdida de actividad.
 
El uso de este tipo de sistemas supone un claro avance respecto al gran desafío que supone proponer un sistema electroquímico donde se trabaje con un catalizador heterogéneo activo sea cual sea el pH natural del agua tratada, y fácilmente recuperable y reutilizable.
 

Bibliografía
 
[1] E. Brillas, CA Martínez-Huitle. Appl. Catal. B Environ., 166-167 (2015), pp. 603- 643
[2] O. Iglesias, MAF de Dios, T. Tavares, MA Sanromán, M. Pazos. J. Ind. Eng. Chem, 27 (2015), pp. 276 – 282
[3] SO Ganiyu, M. Zhou, CA Martínez-Huitle. Appl. Catal. B. Environ., 235 (2018), pp. 103 – 129
[4] A. Cruz del Álamo, R. Zou, M.I. Pariente, R. Molina, F. Martínez, Y. Zhang. Catal. Today., (2020). Available online: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.03.027
 

Fuente www.madrimasd.org


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