oxidación de fenoles con peróxido de hidrógeno y ozono - BVSDE

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minerilzación de los contaminantes orgánicos e inorgánicos, entre estos procesos tenemos el empleo del ozono y del peróxido de hidrógeno como oxidantes. En el proceso de tratamiento de aguas residuales industriales con ozono, se pueden considerar dos posibles vías simultáneas de su acción oxidante: una vía directa o reacción molecular con el ozono y otra vía radical o reacción con el radical hidroxilo . Sin embrago, en algunos casos, esta oxidación produce compuestos residuales de bajo peso molecular que por su estructura resultan refractarios al ozono, por lo que, en algunos casos resulta conveniente la utilización de otro oxidante en combinación con el ozono. Con este fin se ha investigado la conveniencia de utilizar al peróxido de hidrógeno como oxidante en combinación con el ozono. El proceso de oxidación combinada O3 – H2O2 se basan en la utilización del peróxido de hidrógeno que tiene gran facilidad para descomponerse por fotolisis, u ozonólisis dando lugar a intermedios reactivos, entre los que se encuentran los radicales hidroxilo (OH • ). Estos radicales son agentes oxidantes muy energéticos, capaces de oxidar compuestos orgánicos generándose radicales orgánicos (R•) que tienen reacciones de propagación que dan lugar a la destrucción de los compuestos orgánicos. (Jansson, 1992) En los últimos años varios grupos de investigación han reportado trabajos mediante la oxidación combinada O3 – H2O2, principalmente para la degradación de compuestos organoclorados. (Beltrán et al,1997; Paillard et al. 1998; ULTROX, 1990). En el presente trabajo se investiga la degradación del fenol por medio de peróxido de hidrógeno y ozono de forma individual y con la combinación de ozono-peróxido de hidrógeno. METODOLOGÍA. En esta investigación los experimentos se llevaron a cabo en un reactor de vidrio de 750 mL, equipado con un difusor de vidrio poroso de burbuja fina, con una doble pared para el control de temperatura, un indicador de pH y un generador de ozono marca New Electronic, Modelo Ozein 19L con una generción de ozono de 0.128 mg/L de aire y un flujo promedio de aire ozonado de 1.439 L/min. Las concentraciones de Fenol en las soluciones estudiadas fueron de 2000, 1000 y 500 ppm, las pruebas de ozonólisis se realizaron a pH de 5, 7 y 9, en ausencia de la luz natural y a temperatura ambiente. La concentración de ozono para cada tratamiento de la solución de fenoles fue controlada por el tiempo de burbujeo del ozono en el reactor. La oxidación de los fenoles se hizo primero en forma individual con ozono, luego en forma individual con Peróxido de Hidrógfeno a concentraciones de 1M, 2M y 3M , y por último en forma combinada ozono- peróxido de hidrógeno. Esto fué con el fin de evaluar el efecto de la oxidación con ambos oxidantes. En las pruebas de oxidación de las soluciones de Fenol con O3 – H2O2 el ozono se administró en forma de burbujeo continuo y el peróxido de hidrógeno en solución a concentraciones de 1M, 2M y 3M . El parámetro que se eligió para determinar la degradación del fenol fué la demanda química de oxígeno (DQO), la cual se analizó con el método titulométrico a microescala recomendado por los métodos estandar de la APHA-AWWA- WPCF (1999). La degradación del Fenol se expresa en % de DQO. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Degradación de fenol mediante H2O2. Los resultados de la oxidación de fenol en sus diferentes concentraciones por acción del H2O2 se muestran en la Figura 1, se puede observar que en los casos de 2000 ppm de Fenol con 2M y 3M de H2O2 respectivamente y 1000 ppm de Fenol con 1M de H2O2 tuvieron un comportamiento similar en la reduccón del Fenol, obteniendo a las 48 horas de reacción un máximo de oxidación de 45.26 %. En el caso de 500 ppm de Fenol con 1M y 2M de H2O2 en las primeras horas la reacción a 2M de H2O2 fue mas rápida que la de 1M de H2O2 , sin embargo a partir de las 12 horas alcanzaron la misma reducción de fenol (55 %), obteniendo un máximo de oxidación de 70% a las 48 horas. El comportamiento de las concentraciones de 1000 ppm de Fenol con 2M y 3M de H2O2 fue similar las primeras horas, alcanzando el mismo valor de oxidación (80 %) a las 24 horas de reacción, sin embargo, a partir de este momento la 2
oxidación a 3M de H2O2 comenzó a ser mas rápida alcanzando un valor máximo de 89 % a las 48 horas , en cambio la de concentración de 2M de H2O2 al mismo teimpo de reacción fue de 83.16 %. La concentración de 500 ppm de Fenol con 3M de H2O2 durante las primeras 12 horas de reacción tuvo un comportamiento igual al caso de 500 ppm de fenol con 2M de H2O2 , posteriormente la reacción a 3M fue siendo más rápida alcanzando una reducción de 80.43 %. La mínima oxidación del fenol se obtuvo con 2000 ppm de Fenol y 1M de H2O2 , siendo una oxidación muy lenta , obteniéndose la máxima reducción de 26.6 % a las 48 horas de reacción. En forma general, las 3 concentraciones de Fenol estudiadas, tuvieron los mejores resultados de degradación con concentraciones de 2M y 3M de H2O2. Se observa que hay mejor degradación (en promedio del 70%) a bajas concentraciones de fenol (500 ppm) que a altas concentraciones (2000 ppm), lo que posiblemente se deba a que el oxidante (H2O2 ) en el caso de 2000 ppm de Fenol, se consumio en su totalidad, por lo que la degradación fue de 48 % con 3M de H2O2 . Analizando estos resultados del por ciento de degradación de fenol en función de la relación molar de H2O2/fenol obtenemos la Figura 2 en donde se observa una relación molar óptima a la cual corresponde la máxima remoción de fenol (% DQO), esta relación corresponde aproximadamente a 300 moles de H2O2/fenol con un 89 % de remoción máxima. Remoción de Fenol (DQO %) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 Tiempo (h) Fenol 2000 ppm/ H2O2 3M Fenol 1000 ppm/H2O2 3M Fenol 500 ppm / H2O2 3M Fenol 2000 ppm / H2O2 2M Fenol 1000 ppm/ H2O2 2M Fenol 500 ppm / H2O2 2M Fenol 2000 ppm/ H2O2 1M Fenol 1000 ppm / H2O2 1M Fenol 500 ppm / H2O2 1M Figura 1. Oxidacion de Fenol (DQO %) con H2O2 en función del tiempo de reacción. Remoción de Fenol (% DQO) 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 Relación molar (H2O2/Fenol) Eficiencia Figura 2. Oxidación de fenoles (DQO %) con H2O2 en función de la relación molar. 3
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