Efecto del óxido de titanio soportado sobre una superficie de cemento sílice en la degradación fotocatalítica del anaranjado de metilo

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(1)Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. ica. AGRADECIMIENTOS. A Dios, por todas las bendiciones que me. ha dado a lo largo de mi vida y a mis padres. Q. por su comprensión, amor e incondicional. ría. apoyo en mi carrera profesional.. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. Humberto Meléndez. A Dios por su inmenso amor y bendición a lo largo de mi trayectoria profesional,. y a mis padres por su apoyo, paciencia y cariño.. Antony Deza. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. INDICE. RESUMEN…………………………………….…………...…….…………..…….4 ABSTRACT……..…………………………………...………..……………….…. 5 INTRODUCCION…………………………………...………..……………….…..6 MARCO TEORICO………………………………………..…..………………..…9. Q. 1.1 1.2 1.3 1.4. uí m. CAPITULO I.. 2.1. ría. CAPITULO II. MATERIALES Y METODOS ............................... ………………………………16. 2.1.1 Diseño experimental ............................................................................................... 16. ie. 2.1.2 Recolección de información ................................................................................ .176. en. 2.1.3 Métodos ………………………………………………………………………….176 2.1.4 Etapas de Estudio…………………………... ………………………………...…17 2.2 EQUIPOS Y MATERIALES…………………………………………………… 198 METODO ............................................................................................................. 209. In g. 2.3. 2.3.1 Preparación de la Curva de calibración ................................................................ 209 2.3.2 Preparación de placas de concreto ........................................................................ 209. de. 2.3.3 Preparación de mezclas a diferentes % de TiO2 ..................................................... 21 2.3.4 Preparación de solución patrón ……………………………………………….…..22. ca. 2.3.5 Medición de la concentración de la solución patrón de Anaranjado de Metilo mediante espectrofotometría UV – VIS. .............................................................. 221 2.3.6 Sistema de Fotocatálisis y el Proceso de Degradación ......................................... 232 2.3.7 Análisis de la Degradación del Colorante Anaranjado de Metilo ...................... ..243. lio te. 2.3.8 Reuso de la placa de concreto............................................................................... 254 RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………………………………....265. CAPITULO IV.. CONCLUSIONES…………………………………………………......387. Bi b. CAPITULO III.. CAPITULO V.. RECOMENDACIONES……………………………..……………........388. CAPITULO VI.. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...……………………...……....39. ANEXOS……………………………………………………………………………....…...411. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. CAPITULO I. uí m. 1.1 RESUMEN. Q. Se ha investigado el efecto del óxido de titanio soportado en una superficie de cemento – sílice en la degradación fotocatalítica del anaranjado de metilo. ría. irradiado con luz ultravioleta de una lámpara artificial. Para impregnar el óxido. ie. de titanio sobre la superficie se hizo una mezcla de cemento y óxido de titanio.. en. Las variables a evaluar fueron: efecto de la placa de concreto y cemento (blanco), el efecto del % de óxido de titanio en la mezcla cemento – óxido de titanio. de. reuso de la placa.. In g. soportado en la placa, el tiempo de reacción bajo irradiación ultravioleta y el. Los resultados de los ensayos realizados, demuestran que se pudo lograr una degradación del colorante mediante el sistema de reacción y método empleado.. ca. La placa de 5 % de óxido de titanio fue la que dio mejores resultados, degradando el colorante azoico en un 17.8 % en un tiempo de 7 horas de. lio te. irradiación con luz ultravioleta. Por otro lado, los resultados muestran que el óxido de titanio impregnado baja notablemente su actividad fotocatalítica al ser usado por segunda vez, degradando sólo en 3.9 % el colorante en un tiempo total. Bi b. de 4 horas de irradiación.. Palabra clave: Fotocatálisis, soporte catalítico, degradación.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2 ABSTRACT. ica. The effect of titanium oxide supported on a cement-silica surface on the photocatalytic degradation of methyl orange irradiated with ultraviolet light. from an artificial lamp has been investigated. To impregnate the titanium oxide. uí m. on the surface, a mixture of cement and titanium oxide was made.. Q. The variables to be evaluated were: effect of the concrete and cement plate (white), the effect of% titanium oxide on the mixture cement - titanium. ría. oxide supported on the plate, the reaction time under ultraviolet irradiation. ie. and the reuse of the plate.. en. The results of the tests carried out demonstrate that degradation of the dye could be achieved by the reaction system and method used. The 5%. In g. titanium oxide plate gave the best results, degrading the azo dye by 17.8% in a time of 7 hours of irradiation with ultraviolet light. On the other hand, the results show that the impregnated titanium oxide remarkably lowers its. de. photocatalytic activity when it is used a second time, only degrading the dye by. ca. 3.9% in a total time of 4 hours of irradiation.. Bi b. lio te. Keyword: Photocatalysis, catalytic support, degradation.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3 INTRODUCCION. ica. El agua es un recurso natural, escaso en muchas partes del mundo y sus múltiples usos hacen de ella un recurso vital y limitado, con lo cual surge la. necesidad de reutilizarla [5]. Uno de los mayores problemas medio ambientales. uí m. que atraviesan las industrias es la remoción de colorantes de sus efluentes. A. pesar del gran esfuerzo que las industrias están haciendo para reducir el porcentaje de colorantes en sus efluentes, todavía hay una cantidad considerable. Q. de estos compuestos que son arrojados al medio ambiente [11]. En el mundo más o menos el 15 % de los efluentes de colorantes azoicos, entre ellos el. ría. anaranjado de metilo, usado en las industrias textil, cosmética, alimentaria y de curtido de pieles son perdidos en los procesos de producción, lo cual genera un. en. ie. gran peligro para la salud de la humanidad y el medio ambiente. [10]. En general, las aguas contaminadas por la actividad humana pueden ser tratadas. In g. por plantas de tratamiento biológico, adsorción con carbón activado u otros adsorbentes, o por tratamientos químicos convencionales (oxidación térmica, cloración, floculación, permanganato de potasio, etc.). Sin embargo, en algunos. de. casos estos procedimientos requieren mucha energía (no renovable) y también algunas veces resultan inadecuados para alcanzar el grado de pureza requerido. ca. por ley [8].. lio te. Los altos niveles de contaminación ambiental y la continua búsqueda de procesos que economicen el consumo de energía, han hecho que en los últimos. Bi b. años los procesos para el tratamiento de aguas se orienten al desarrollo de tecnologías limpias, amigables con el medio ambiente, siendo la tendencia a procesos que se realicen a condiciones ambientales, minimizando el uso de energía [12]. Este tipo de tecnologías llamadas limpias, pertenecen al grupo de tecnologías avanzadas de oxidación, basadas en procesos de destrucción de contaminantes por medio de sustancias químicas conocidas como radicales hidroxilos, los cuales tienen la propiedad de ser altamente oxidantes. [7] 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Las tecnologías avanzadas de oxidación más conocidas son ozonificación, los procesos foto – fenton, y la fotocatálisis heterogénea. Las ventajas que este tipo completa. (destrucción) del contaminante,. en. cambio,. ica. de procesos ofrecen son múltiples: generalmente se consigue la mineralización las. tecnologías. uí m. convencionales, que no emplean especies muy fuertemente oxidantes, no. alcanzan a oxidar completamente la materia orgánica. Estos procesos son ideales para disminuir la concentración de compuestos formados por pretratamientos. Q. alternativos, como la desinfección. También, en muchos casos, consumen mucha menos energía que otros métodos (por ejemplo, la incineración). Eliminan. ría. efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales como el cloro. Por otro lado estos procesos poseen algunas desventajas, por ejemplo: sirven solo. ie. para tratar contaminantes de muy baja concentración y dependen en gran. en. medida de las condiciones medio ambientales (si se realizan con luz solar) [9].. In g. Dentro de estas tecnologías, la Fotocatálisis Heterogénea, es una de las aplicaciones fotoquímicas que más interés ha despertado en los últimos tiempos [3]. La fotocatálisis es un fenómeno por el cual un semiconductor genera. de. cargas, electrones (e-) y agujeros (h+) (espacios vacíos producidos por la salida de electrones) a través de la absorción de fotones de luz UV, las cuales migran hacia la superficie del semiconductor, en donde éstas mismas inician reacciones. ca. redox a temperatura ambiente, que permiten la oxidación y reducción de especies adsorbidas sobre la superficie del semiconductor, realizando en algunos. lio te. casos la conversión de éstas especies en dióxido de carbono y agua.[9]. Bi b. El Óxido de Titanio (TiO2), ha emergido como un excelente material semiconductor para los trabajos de fotocatálisis [1]. Idealmente un fotocatalizador debe ser químico y biológicamente inerte, fotocatalíticamente activo, fácil de producir, usar y barato. El óxido de titanio es el que más reúne este tipo de características, por ello, es ampliamente usado [2].. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La posibilidad de soportar el óxido de titanio con la finalidad de obtener superficies fotocatalíticamente activas ha impulsado el desarrollo de materiales inteligentes con propiedades específicas. Esto último, es uno de los principales. ica. propósitos de este trabajo, en el cual se evaluará el efecto que tiene el óxido de titanio soportado sobre una superficie de cemento - sílice en la degradación del. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. colorante anaranjado de metilo.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.4 MARCO TEORICO. ica. Muchos de los trabajos realizados en fotocatálisis se han centrado principalmente en la fotomineralización de compuestos orgánicos disueltos en. solución acuosa, usualmente empleando el semiconductor en forma de polvo. uí m. disperso. Sin embargo, en este tipo de ensayos se requiere de un método de separación para separar el fotocatalizador (semiconductor) del producto. Q. purificado, con la finalidad de reusarlo [2].. ría. Para evitar el uso de óxido de titanio en forma de polvo, varios investigadores empezaron a trabajar en maneras de inmovilizarlo en forma de películas. ie. delgadas. El soporte del fotocatalizador en materiales comunes que se encuentren en contacto directo con los contaminantes, está siendo impulsado. en. por su aplicación para los procesos de degradación. Akira Fujishima y et all, trabajaron en la impregnación de óxido de titanio sobre varios tipos de soportes. In g. en especial sobre materiales cerámicos [1].. de. En el trabajo de Marín y et all [5], se trabajó en el desarrollo de una superficie de vidrio corrugada soportada con óxido de titanio, para la degradación de una solución de anaranjado de metilo. Los resultados muestran que la degradación. ca. del colorante sobre la placa de vidrio soportada es más eficiente en comparación con la degradación del mismo colorante usando suspensiones de óxido de titanio. lio te. en polvo. Según mencionan en su trabajo, algunos estudios reportan que la disposición inmovilizada del fotocatalizador puede reducir su eficiencia fotocatalítica tanto por la disminución de área expuesta como por estar inmersa. Bi b. en una matriz de SiO2 la cual podría actuar como filtro. Sin embargo, en su trabajo, ellos atribuyen sus resultados posiblemente a que en el reactor soportado, el TiO2 está todo el tiempo expuesto a la radiación solar y el intercambio de oxígeno es constante entre el catalizador y el medio circulante, lo cual permite una mayor formación de estados excitados (agujeros h+ y electrones e-) y una mayor presencia de especies radicales de O2. También 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. mencionan que sus resultados se pueden deber a las particularidades de su diseño [5].. ica. En el trabajo realizado por Yuranova y et all [6], se sintetizó la impregnación de. una capa conjunta de TiO2 y SiO2 sobre una superficie de eternit (celulosa,. uí m. cemento, alcohol polivinílico y carbonato de calcio), para evaluar la actividad y. comportamiento fotocatalítico de este tipo de material con el objetivo de lograr la degradación de pigmentos naturales del vino. El uso de SiO2 radicó en la. Q. importancia de tener una superficie resistente a la corrosión que proteja al eternit de los radicales producidos durante la degradación. Los resultados. ría. mostrados en su trabajo fueron favorables ya que se permitió la degradación de los pigmentos del vino sobre esta superficie, con lo cual la actividad fotocatalítica. en. ie. de este material (óxido de titanio) representa un importante interés aplicativo.. El uso del óxido de titanio soportado sobre una superficie (sustrato) también. In g. genera algunas desventajas tales como problemas de adherencia y de envenenamiento del fotocatalizador. Además requiere también la adecuada selección del tipo de sustrato para que su interacción con el fotocatalizador sea,. de. sino benéfica, por lo menos inocua [4]. Juan Rodríguez y et all, en su trabajo resume algunos métodos de depósito recomendados de acuerdo al sustrato que se quiera utilizar para soportar el óxido de titanio. Se menciona que para un. ca. sustrato de concreto son recomendables los métodos de depósito tales como grabado, dip coating y spray, usando como agente de depósito polvo de óxido. lio te. titanio con una resina que proteja al sustrato y mantenga impregnado al. Bi b. catalizador sobre el sustrato [4].. Aprovechando la afinidad que el óxido de titanio tiene con el cemento al mezclarse, en el presente trabajo se realiza el soporte del óxido de titanio sobre una superficie de cemento – sílice, depositando sobre la superficie una mezcla óxido de titanio – cemento previamente preparada. Los puntos fundamentales que se tomaron en cuenta para la elección del sistema de reacción fueron: 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. a) Aislamiento del sistema Según se mencionó en la introducción, la fotocatálisis es una técnica que de oxidación. El fotocatalizador óxido de titanio,. ica. aprovecha la generación de radicales hidroxilo (OH-) para producir reacciones permite la formación de. radicales hidroxilo a longitudes de onda propias de la luz ultravioleta, menores a. uí m. 380 nm según el cuadro 1.. Cuadro 1. Longitud de onda de luz ultravioleta necesaria para que el óxido de. ría. Q. titanio permita la formación de radicales hidroxilo. Reacción Clave. Luz Necesaria. UV/H2O2. H2O2 + hv -----> 2OH.. λ < 310 nm. ie. Método. en. O3 + hv -----> O2 + O(1D). UV/O3. 1. λ < 310 nm. .. UV/H2O2/O3 UV/TiO2. In g. O( D) + H2O -----> 2OH. O3 + H2O2 + hv -----> O2 + OH. + OH2. TiO2 + hv -----> TiO2(e- + h+). λ < 310 nm λ < 380 nm. de. TiO2h+ + OHad- -----> TiO2 + OHad. TiO2 + hv -----> TiO2(e- + h+). ca. UV/H2O2/TiO2. lio te. UV/S2O82-/TiO2. Bi b. H2O2/Fe2+. UV/H2O2/Fe. TiO2h+ + OHad- -----> TiO2 + OHad.. λ < 380 nm. H2O2 + e- -----> OH. + OHTiO2 + hv -----> TiO2(e- + h+) TiO2h+ + OHad- -----> TiO2 + OHad.. λ < 380 nm. S2O82- + e- -----> SO4- + SO42H2O2 + Fe2+ -----> Fe3+ + OH. + OHH2O2 + Fe2+ -----> Fe3+ OH. + OH-. λ < 580 nm. Fe3+ + H2O + hv -----> Fe2+ + H+ + OH.. Fuente: Sixto Malato, Julián Blanco, Alfonso Vidal, Diego Alarcón. Applied studies in Solar Photocatalytic Detoxification: an overview. 2003. [13]. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El ambiente no sólo posee luz UV, ya que de la energía total de la radiación solar que llega a la Tierra, el 9% corresponde a la ultravioleta, el 42% a luz visible y el 49% restante al infrarrojo [14]. La luz visible e infrarroja poseen otros tipos de. ica. longitudes de onda (tal como se aprecia en la figura 1), las cuales no favorecen la formación de radicales hidroxilo durante el proceso de fotocatálisis. Por tal motivo, se optó por enclaustrar el sistema dentro de una cámara oscura para. uí m. maximizar el contacto del reactor con luz ultravioleta emitida por la lámpara y minimizar el contacto del sistema con la luz visible, luz infrarroja u otros. Q. espectros propios de los alrededores del laboratorio.. ca. de. In g. en. ie. ría. Fig 1. Longitudes de onda de luz ultravioleta, visible e infrarroja. lio te. Fuente: biol.unlp.edu.ar [21]. Bi b. b) Selección del Reactor La selección del material del reactor empleado para realizar los ensayos fotocatalíticos era muy importante. Este debía ser de un material que permita hacer pasar la mayor cantidad de fotones de luz ultravioleta para que puedan llegar sin dificultad a la superficie de la placa en donde se encontraba la mezcla cemento - óxido de titanio. 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En trabajos de fotocatálisis, el fluido debe estar expuesto a la radiación UV, por lo tanto el material del reactor a elegir debe ser transparente o translúcido a la luz. ica. UV. Entre las posibles alternativas de materiales para reactores fotocatalíticos se encuentran los fluoropolímeros, materiales acrílicos y varios tipos de vidrio. El cuarzo es también un material excelente pero muy costoso, lo que lo invalida. uí m. desde un punto de vista práctico [15]. La elevada transmisividad (capacidad para dejar pasar los fotones de luz), resistencia térmica y fácil mantenimiento. Q. hicieron que se elija al vidrio como material del reactor fotocatalítico.. Otro de los parámetros a considerar es el diámetro del reactor ya que se ha de. ría. garantizar una adecuada relación entre la distribución de iluminación y la concentración de catalizador. Se sabe que cuanto menor es la concentración de. ie. sólidos suspendidos en el reactor, menos opaca es la suspensión y mayor va a ser. en. la penetración de la luz. Una concentración de 1 g/l reduce la iluminación a cero después de solo 10 cm. de trayectoria óptica [15]. A pesar de que en el presente. In g. trabajo se usaron placas con óxido de titanio impregnado, las cuales no generaban opacidad en la solución de anaranjado de metilo, esta última consideración se tomó en cuenta ya que durante el proceso de agitación se. de. podían desprender partes de concreto o cemento las cuales podrían generar turbidez y por ende complicaciones en la distribución de luz ultravioleta en el interior del reactor. Por esto se eligió un reactor cuyo diámetro fuese menor a 10. ca. cm. (el diámetro real fue de 7 cm. aproximadamente). También con la finalidad de dirigir la mayor cantidad de luz ultravioleta hacia el reactor, se usó un molde. lio te. de plástico recubierto con papel aluminio para así conseguir un buen aprovechamiento de luz.. Bi b. Finalmente, el reactor de vidrio no se cerró herméticamente, ya que durante el proceso de degradación la presión dentro del reactor podía subir por efecto de la temperatura. El reactor fue sellado con una tapa plástica, la cual tenía una pequeña abertura en el centro que permitía el paso de la varilla de agitación.. Además se pensó que esta abertura podía facilitar la entrada de aire de los. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. alrededores al sistema de reacción, para así tener al oxígeno del aire como un oxidante adicional dentro del sistema.. ica. c) Agitador Se armó un agitador que permitiera albergar dos placas de concreto. uí m. impregnadas con óxido de titanio, las cuales actuaban como paletas, para incrementar el área expuesta al contacto con el anaranjado de metilo y hacer que el colorante inmerso en el reactor tenga una mejor difusión en la placa a través. Q. de la constante agitación.. ría. El agitador también era importante para mantener en suspensión cualquier partícula desprendida de catalizador. Es importante diseñar el sistema evitando. ie. cualquier posible sedimentación del catalizador, lo que puede ocurrir en. en. determinadas circunstancias si se alcanza un flujo laminar en alguna zona del reactor. En este sentido, se debe de realizar el diseño teniendo en cuenta que el. In g. número Reynolds (Re) debe garantizar un flujo turbulento [15]. Es por esto que el agitador constaba de un rotor, el cual le daba una velocidad constante y favorecía el flujo turbulento para también lograr la difusión de las partículas de. de. colorante en las placas.. ca. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la degradación del anaranjado de metilo por fotocatálisis con placas de concreto impregnadas con óxido de titanio.. lio te. Esta es una sustancia orgánica ampliamente utilizada como colorante en la industria textil y como indicador ácido – base en la industria química. Ha sido. demostrado que esta sustancia no es biodegradable cuando está presente en. Bi b. aguas [5] y es por esta razón que se plantea a la fotocatálisis como una alternativa para su degradación. Para realizar la presente investigación, se trazaron los siguientes objetivos:. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Objetivo General. ica. Evaluar el efecto fotocatalítico del óxido de titanio soportado en una mezcla de cemento-sílice en la degradación del colorante anaranjado de metilo, bajo. uí m. irradiación UV.. Q. Objetivo Específico. ría. Evaluar las variables de fotodegradación, tales como efecto del concreto (mezcla cemento – sílice) en la degradación, la cantidad de óxido de titanio soportado, tiempo de exposición a la irradiación UV en la degradación del colorante. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. anaranjado de metilo, y reuso de las placas.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPTITULO II. Diseño experimental. uí m. 2.1.1. ica. 2.1 MATERIALES Y METODOS. 2.1.1.1 Se determinó la longitud de onda óptima del anaranjado de metilo. Q. para leer las absorbancias de las soluciones, en el Fotocolorímetro. ría. UV/VIS HP Diode Array.. ie. 2.1.1.2 Se preparó solución madre de anaranjado de metilo de 50 ppm y a partir de esta se prepararon alícuotas de diferente concentración construir. la. curva. en. para. de. calibración. utilizando. el. In g. espectrofotómetro UV – VIS.. 2.1.1.3 Se preparó una solución de 20 ppm de anaranjado de metilo y se realizaron ensayos de blanco, al poner en contacto la solución con. de. las placas de concreto sin óxido de titanio soportado, bajo irradiación con lámpara UV y en un tiempo total de 4 horas,. ca. extrayendo muestras para análisis en intervalos de 1 hora.. Bi b. lio te. 2.1.1.4 Se realizaron ensayos haciendo reaccionar la solución de 20 ppm con las placas de concreto soportadas con diferentes porcentajes de óxido de titanio, bajo irradiación con lámpara UV a un tiempo total de 4 horas, extrayendo muestras para análisis en intervalos de 1 hora.. 2.1.1.5 Se ejecutaron ensayos para evaluar la influencia del tiempo de irradiación UV sobre la degradación de la solución de 20 ppm, para. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. la placa de concreto con el porcentaje óptimo de óxido de titanio soportado.. ica. 2.1.1.6 Se hizo ensayo para evaluar la capacidad de la placa de concreto. Recolección de información. Q. 2.1.2. uí m. soportada, para ser reusada.. 2.1.2.1 Se recolectó artículos de Investigaciones Científicas, Journals de. ría. Photochemistry, Solar Energy, etc.. Métodos. In g. 2.1.3. en. ie. 2.1.2.2 Se recolectó artículos de páginas Web relacionados con fotocatálisis.. 2.1.3.1 Se determinó la longitud de onda óptima del colorante para leer las. de. absorbancias de las soluciones para construir la curva de. ca. calibración.. 2.1.3.2 Se construyó la curva de calibración, Concentración del Colorante. lio te. anaranjado. de. metilo. (en. ppm). vs.. Absorbancia. en. el. espectrofotómetro UV – VIS.. Bi b. 2.1.3.3 Se soportó la mezcla Oxido de Titanio - Cemento Pórtland tipo V en la placa de cemento – sílice.. 2.1.3.4 Se analizó la degradación del colorante por espectrofotometría UV – VIS.. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.1.4. Etapas de estudio. uí m. 2.1.4.2 Se construyó la curva de calibración del colorante.. ica. 2.1.4.1 Se recopiló la información bibliográfica.. 2.1.4.3 Se elaboraron bloques de cemento-sílice de 5x3 cm., para obtener. Q. muestras de sustratos para soportar el catalizador.. ría. 2.1.4.4 Se soportó adecuadamente el catalizador sobre la mezcla de. ie. cemento-sílice.. en. 2.1.4.5 Se ejecutaron ensayos para las diferentes condiciones de reacción.. In g. 2.1.4.6 Se realizaron análisis cuantitativos para comprobar la degradación del colorante.. de. 2.1.4.7 Se realizó la comparación de los diferentes ensayos para limitar las. Bi b. lio te. ca. condiciones del proceso de degradación fotocatalítica.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 01. MATERIALES. Espectrofotómetro. REACTIVOS. uí m. EQUIPOS. ica. 2.2 EQUIPOS Y MATERIALES. 01 Matraz Erlenmeyer de 125 mL. ±. 0.0001 g, capacidad 210 g. 01 Lámpara UV , marca OSRAM 300 W 01. Agitador. 01 Fiola de 500 ml. (armado en el laboratorio). Agua destilada. 01 Fiola de 100 ml 01 Pipeta 5 ml. 01 Jeringa Mecánico,. ría. Sartorius, BT – 210S. 01 Probeta de 50 ml. Anaranjado de Metilo. ie. Analítica,. en. Balanza. 01 Reactor de vidrio 300 ml 01 Llave de boca. In g. 01. Q. marca Prim. Oxido de Titanio Merck. 01Desarmador plano. ca. 02 Tomacorrientes. lio te. 01 Cámara de oscuridad 01 Fotocolorímetro. UV/VIS HP Diode Array. Bi b. 01 Pizeta. de. 01 Centrifugadora. 06 Tubos de ensayo. 01 Soporte Universal 01 Soporte para agitador 01 Soporte para reactor Cemento Portland Tipo V Sílice (arena) 08 moldes de madera. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3 METODO Preparación de la Curva de calibración. ica. 2.3.1. 2.3.1.1 Se determinó la longitud de onda óptima de anaranjado de metilo. uí m. para leer las absorbancias, usando el fotocolorímetro UV/VIS HP. Q. Diode Array.. 2.3.1.2 Se preparó solución madre de anaranjado de metilo de 50 ppm y a. ría. partir de ésta, se prepararon alícuotas de 5, 10, 15, 20 y 25 ppm para. ie. construir la curva de calibración.. en. 2.3.1.3 Se calibró el espectrofotómetro UV/VIS con agua destilada.. In g. 2.3.1.4 Se leyeron las absorbancias de las soluciones de 5, 10, 15, 20 y 25 ppm en el espectrofotómetro UV – VIS a la óptima longitud de onda. de. (466 nm).. 2.3.1.5 Se construyó la curva de calibración graficando los puntos encontrados en un gráfico Concentración (en ppm) vs Absorbancia. lio te. ca. en la hoja de cálculo Excel.. Bi b. 2.3.2. Preparación de placas de concreto. 2.3.2.1 Se pesó en una balanza aproximadamente 10 g. de arena y 5 g. de cemento.. 2.3.2.2 Se depositaron las dos materias primas en un recipiente y luego se mezclaron con aproximadamente 5 ml. de agua. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.2.3 Una vez que se homogenizó la mezcla, se vertió la mezcla en moldes de base de madera de 3 x 5 cm., y se dejó secar de un día para otro.. In g. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Si la humedad en la placa persistía, se dejó secar en la estufa a 110 ˚C. Preparación de mezclas a diferentes % de TiO2. lio te. ca. 2.3.3. de. Fig 2. Esquema de los moldes utilizados. Bi b. 2.3.3.1 Se pesó la proporción adecuada de óxido de titanio y cemento para el porcentaje determinado de óxido de titanio. El peso total de la mezcla fue de aproximadamente 1 g.. 2.3.3.2 Se depositaron los componentes en un recipiente y luego fueron mezclados con agua destilada, haciendo uso de una varilla de vidrio.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.3.3 Se pesaron las placas de concreto sólidas (previamente hechas) y luego se impregnó la mezcla óxido de titanio - cemento en la placa, con la finalidad que se forme en la superficie del concreto una capa. ica. rugosa de óxido de titanio de determinado porcentaje. Para cada placa de concreto debió impregnarse una mezcla de óxido de titanio. uí m. y cemento de 1 g. aproximadamente.. 2.3.3.4 Se dejaron secar las placas de un día para otro a temperatura. Q. ambiente.. Preparación de solución patrón (aproximadamente 20. ría. 2.3.4. 2.3.4.1 Se midió. en. ie. ppm de anaranjado de metilo). en una probeta 40 ml. de solución de 50 ppm de. anaranjado de metilo y se traspasó a una fiola de 100 ml, aforándola. Medición de la concentración de la solución patrón de. de. 2.3.5. In g. con agua destilada.. Anaranjado de Metilo mediante espectrofotometría UV. ca. – VIS.. Bi b. lio te. 2.3.5.1 El espectrofotómetro se calibró a la longitud de onda óptima (466 nm) con agua destilada.. 2.3.5.2 Se. midió. la. absorbancia. de. la. solución. patrón. en. el. espectrofotómetro.. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.5.3 Se determinó la concentración exacta de la solución patrón utilizando la curva de calibración.. Sistema de Fotocatálisis y el Proceso de Degradación. uí m. ica. 2.3.6. 2.3.6.1 Se vertió la solución patrón (aproximadamente 200 ml.) de anaranjado de metilo en el reactor de vidrio y luego se introdujo en. Q. una cámara de oscuridad.. La cámara es un recipiente cerrado que tiene la finalidad de aislar al. ría. reactor de los alrededores y hacer que a éste le llegue la mayor. ie. cantidad de luz ultravioleta de la lámpara.. en. 2.3.6.2 Se colocaron las placas de concreto – óxido de titanio (en proporción determinada) en las ranuras de la varilla del agitador y se ajustaron. In g. con una llave de boca.. 2.3.6.3 Se colocó la varilla del agitador dentro del reactor y luego se acopló. de. el extremo de ésta al eje del motor.. ca. 2.3.6.4 Se cerró la cámara, luego se encendió el motor del agitador y también la lámpara de luz ultravioleta. Se dejó reaccionar con. Bi b. lio te. exposición a la luz ultravioleta el tiempo establecido para el ensayo.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) en. ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. In g. Fig 3. Sistema de reacción empleado. Análisis de la Degradación de Concentración del. de. 2.3.7. Colorante Anaranjado de Metilo. ca. 2.3.7.1 Con la ayuda de una jeringa, se extrajo una muestra de 10 ml. de. lio te. solución después de cada hora de reacción y se vertió en un vaso con tapa hermética.. Bi b. 2.3.7.2 Se dejó enfriar la muestra por unos minutos.. 2.3.7.3 Se centrifugó por 2 a 3 minutos con la finalidad de sedimentar algunas partículas de concreto que pudieran haberse desprendido.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.7.4 Se calibró el espectrofotómetro y leyó la absorbancia de la solución y mediante la curva de calibración. la concentración final de la. Reuso de la placa de concreto. uí m. 2.3.8. ica. solución después de reacción.. Q. 2.3.8.1 Una vez usadas, las placas se retiraron del agitador y se dejaron. ría. secar de un día para otro.. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. 2.3.8.2 Se repitió los pasos 6.6 y 6.7. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO III. ica. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Los resultados y discusiones de los experimentos realizados en el presente. uí m. trabajo se detallan a continuación:. Q. 1) Efecto del blanco (concreto + capa de cemento) en la degradación de. ría. anaranjado de metilo. Se estudió el efecto de la placa de concreto sin catalizador impregnado, para. ie. evaluar su influencia en la degradación del colorante anaranjado de metilo. No se. en. tomó en cuenta la evaluación de solamente la placa de concreto ya que ésta no es la superficie que está realmente irradiada por la luz ultravioleta, sino la mezcla de cemento y óxido de titanio impregnada sobre la superficie de concreto. Por. In g. esto se consideró colocar una capa de cemento, igual al peso de la mezcla óxido. Bi b. lio te. ca. de. de titanio - cemento, la cual fue de aproximadamente 1 g. en cada placa.. Fuente: Datos de la Tabla 1. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Según se puede observar en el gráfico 1 en donde se muestran los gramos de anaranjado de metilo degradados por efecto del blanco en cada intervalo de 1 h, la placa presenta un efecto muy bajo y poco significante en la degradación del. ica. colorante azoico. En la primera hora de reacción, se nota un ligero cambio en la concentración del. uí m. anaranjado de metilo presente en el reactor, y a medida que avanza el tiempo la. influencia de esta variable se hace imperceptible y prácticamente constante una vez que se alcanza la tercera hora de reacción, como se puede ver en el gráfico 2,. ca. de. In g. en. ie. ría. blanco durante las horas totales de reacción.. Q. en donde se muestra la degradación del anaranjado de metilo por efecto del. lio te. Fuente: Datos de la Tabla 1 Este mínimo efecto del blanco en la disminución de la concentración del. Bi b. colorante se puede deber a que el cemento portland y el concreto no tienen en su composición componentes capaces de tener una influencia en la degradación del colorante. Un semiconductor está formado por dos bandas principales las cuales juegan un papel importante en la degradación compuestos contaminantes. La banda de valencia (o banda ocupada) y la banda de conducción (o banda desocupada), separadas entre sí por una energía denominada distancia 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. energética entre bandas (o band gap). Cuando el semiconductor óxido de titanio es iluminado con luz ultravioleta de mayor energía que la distancia energética entre las bandas (3.2 eV), un electrón es promocionado desde la banda de. ica. valencia a la banda de conducción, quedando un espacio vacío (llamado hueco) en la banda de valencia. Los pares electrón – hueco (espacio vacío) creados, reaccionan con las especies adsorbidas en la superficie del catalizador, logrando. uí m. la degradación de éstas. (ver figura 4). [16]. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. Fig 4. Fenómeno de adsorción en el catalizador. lio te. Fuente: Jaime Pey Clemente. Aplicación de procesos de oxidación avanzada para tratamiento y reutilización de efluentes textiles. [16]. Bi b. El cemento portland está compuesto principalmente por óxidos de calcio, silicio, y aluminio [17]. Según la bibliografía, las distancias energéticas entre sus bandas (band gaps) son las siguientes:. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cuadro 2. Band gaps de los óxidos que componen el cemento. Band gap (eV). CaO. 5.93. SiO2. 8.9. Al2O3. 6.5. Q. uí m. ica. Oxido. ría. Fuente: http://www.oxmat.co.uk [20]. Teniendo en cuenta el concepto de semiconductor, se presume que los. ie. componentes que conforman el cemento, no pudieron actuar como. en. semiconductores, al no recibir la energía suficiente dada por los fotones de la lámpara para poder vencer la distancia energética entre sus bandas (3.2 eV para. In g. el óxido de titanio).. Sin embargo, la variación en la cantidad de anaranjado de metilo (0.00005 g). de. dentro del reactor en la primera hora de reacción (ver tabla 1 y gráfico 1) se puede deber a un proceso de adsorción del colorante en la superficie porosa del cemento y concreto, la cual se notó ligeramente teñida de naranja después de la. Bi b. lio te. ca. reacción.. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2) Efecto de la Cantidad de catalizador impregnado en la degradación de anaranjado de metilo. ica. Para encontrar la cantidad catalizador impregnado que degrade en mayor. proporción el colorante anaranjado de metilo, se evaluaron placas de concreto. uí m. con diferentes porcentajes de impregnación de óxido de titanio. Se consideró realizar ensayos a cuatro horas de irradiación ya que, en este tiempo se podía. observar cual era la verdadera tendencia de degradación del colorante utilizando. Q. las placas de concreto a diferentes concentraciones. Los cuadros con los cálculos respectivos para las placas con diferente % de óxido de titanio, se muestran en el. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Anexo.. Fuente: Datos de las Tablas 2,3,4 y 5. Bi b. En el gráfico 4, se resumen los resultados obtenidos de las reacciones de degradación de anaranjado de metilo a cuatro horas para las placas de concreto con 2.5%, 5%, 7.5%, y 10% de catalizador impregnado. Como se puede observar en este gráfico, el porcentaje con el que se obtuvo una mejor degradación del colorante después de 4 horas fue el 5% de catalizador impregnado, en donde se alcanzó una degradación de 15.05% de anaranjado de metilo, mientras que en las placas de 2.5 %, 7.5 % y 10% de catalizador impregnado se alcanzaron 31. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. valores de degradación de 11.7 %, 7 % y 5.2% respectivamente. Por otro lado, la gráfica 3 establece que a medida que la reacción avanza, se logran niveles de degradación menores cuando se usan placas de concreto con porcentaje de óxido. ica. de titanio mayor a 5 %, mostrando una clara tendencia de cual sería el mejor %. In g. en. ie. ría. Q. uí m. de óxido de titanio impregnado para la degradación del anaranjado de metilo.. Fuente: Datos de las Tablas 2,3,4 y 5. de. Estudios reportados por diferentes autores sobre la influencia de la concentración de catalizador en la eficiencia del proceso de degradación. ca. reportan que los resultados son muy diferentes, pero de todos ellos se deduce que el diseño del reactor y el aprovechamiento de la radiación son puntos. lio te. importantes para determinar la concentración óptima de catalizador [15]. Se piensa que para el caso de la placa de 2.5 % de óxido de titanio impregnado, el. Bi b. catalizador estuvo enmascarado en una mayor cantidad de cemento (óxido de sílice y otros componentes) en comparación con la placa de 5 %. El cemento en este caso, pudo actuar como filtro, evitando que las moléculas de óxido de titanio reciban la cantidad óptima de fotones de luz ultravioleta, cosa que en comparación con la placa de 5 % si ocurrió.. 32 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Por otro lado, se puede observar que a concentraciones mayores al 5 % de catalizador impregnado en la placa, el efecto degradativo es menor. A elevadas concentraciones de catalizador impregnado, lo que ocurre es un fenómeno de. ica. agregación, es decir las partículas de óxido de titanio, se juntan y producen bultos o partículas más grandes, las cuales actúan como escudos o pantallas que no dejan que la luz ultravioleta llegue a las moléculas que se encuentran más. uí m. cercanas a la superficie del sustrato [18]. Se piensa que a porcentajes mayores al 5 % el fenómeno de agregación o unión de partículas es mayor, es por esto que las partículas de óxido de titanio perdieron notablemente su capacidad. Q. fotocatalitica, al no ser irradiadas completamente, cosa que si ocurrió con la placa 5 %, en donde se cree las partículas de óxido de titanio estuvieron mejor. ría. dispersadas.. ie. Así mismo es posible que el fenómeno de agregación reduce el área superficial. en. de contacto entre catalizador y colorante, teniendo un efecto no favorable en la. In g. eficiencia del proceso de degradación.. 3) Efecto del tiempo de irradiación en la degradación del anaranjado de. de. metilo. Una vez determinado el % óptimo de catalizador impregnado, lo siguiente fue. ca. observar la tendencia de la degradación con respecto al tiempo para la mejor placa. En el gráfico 3 y 5 se puede observar que la exposición del sistema a. lio te. mayores tiempos de irradiación favorece el proceso de degradación del. Bi b. colorante.. 33 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ie. Fuente: Datos de la Tabla 3. En el gráfico 5, en donde se muestran los gramos consumidos de naranja de. en. metilo en el tiempo total de reacción para la placa de 5 %, se puede ver como los gramos de anaranjado de metilo consumidos aumentan progresivamente en las. In g. horas totales de irradiación, llegando a alcanzar una degradación de 17.8%. Bi b. lio te. ca. de. después de 7 horas de reacción.. Fuente: Datos de la Tabla 3. 34 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Es evidente que a medida que aumenta el tiempo de irradiación, también lo hace la degradación del colorante. Durante la primera hora de reacción se observa que el catalizador muestra una excelente propiedad fotocatalítica debido probablemente al. ica. logro de una buena absorción del colorante en su superficie (la cual poseía gran cantidad de sitios activos), los cuales en contacto con el óxido de titanio impregnado. uí m. y la luz ultravioleta fueron eficientemente degradados en este periodo. Por otro lado algunos estudios han observado que la fuerte adsorción de algunos compuestos. intermedios formados durante la degradación del anaranjado de metilo (tales como ácidos orgánicos) inhiben la degradación de este colorante en las horas posteriores de. Q. reacción [11]. Se cree que durante la degradación del anaranjado de metilo, a medida que transcurrían las horas estos compuestos intermedios fueron adsorbidos en los. ría. centros activos del catalizador, haciendo que sus centros activos pierdan la capacidad de adsorber al colorante y también luz ultravioleta, ocasionando la disminución de la. ie. propiedad fotocatalítica del óxido de titanio en cada intervalo de hora en la reacción. en. (como se puede observar en la gráfica 6). Esto último puede evidenciar un posible envenenamiento del catalizador a medida que la degradación progresa.. In g. No se continuaron ensayos con la degradación ya que a partir de las dos últimas horas se empezaron a obtener valores de degradación casi constantes. Así mismo, se tuvo problemas mecánicos dado que a la sétima hora el motor del. de. agitador mostraba complicaciones de recalentamiento.. ca. 4) Efecto del reuso de las placas en la degradación del anaranjado de metilo. lio te. Lo próximo a evaluar fue el reuso de las placas de 5 % de catalizador impregnado. Como se puede observar en la grafica 7 hay una caída sustancial en. Bi b. la capacidad de degradativa del catalizador entre el primer uso y el segundo uso de las placas de 5 %.. 35 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ie. Fuente: Datos de las Tablas 3 y 6. Según la gráfica 5 cuando la placa de 5 % de óxido de titanio impregnado se usa. en. por primera vez, el porcentaje de degradación de anaranjado de metilo que se alcanza es de 17.8 % después de 7 horas totales de irradiación. Sin embargo, la. In g. gráfica 7, nos muestra que en el segundo uso, la placa de 5 % de óxido de titanio impregnado sólo logra una degradación de 3.9 % (ver tabla 6) de anaranjado de metilo en sólo cuatro horas totales de irradiación. En el segundo uso, se puede. de. observar que a partir de la segunda hora de reacción, la curva de degradación tiende a ser constante, indicando la disminución de la capacidad fotocatalítica del óxido de titanio impregnado. Comparando ambos usos, se puede determinar. ca. que la placa de 5 % de óxido de titanio al ser usada por segunda vez, reduce su. lio te. capacidad degradativa en aproximadamente 76 %. La explicación a este fenómeno puede estar en la discusión anterior, en donde se. Bi b. explica que muchas veces cuando el óxido de titanio es impregnado en un sustrato, se da un envenenamiento del óxido de titanio con el tiempo debido a acumulación de subproductos en su superficie, los cuales reducen el área expuesta del catalizador, evitando que este adsorba compuestos que se quieren degradar [19]. Las placas después de su primer uso, tenían centros activos inhibidos por los compuestos intermedios, es por esto que al ser reusada, su capacidad degradativa fue mucho menor. 36. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Por otro lado, se cree que el efecto erosivo de la solución de anaranjado de metilo producto de la agitación removió parte del óxido e titanio impregnado, lo. ica. cual se evidenció por la sedimentación de algunas partículas en el fondo del reactor. Esto último, unido con el posible envenenamiento del catalizador pudo. también haber influenciado en la notable disminución de la capacidad. uí m. fotocatalitica del óxido de titanio impregnado.. Q. Tabla 6. Efecto del Reuso de la placa de 5% de óxido de titanio impregnado en la. % de N.M.. % de N.M.. consumidos en. consumidos. consumidos en. horas totales (g). en cada hora. horas totales. 5.8E-05. 5.8E-05. 1.42. 1.42. 2. 7.41E-05. 0.000132. 1.96. 3.23. 3. 1.8E-05. 0.000150. 0.51. 3.67. 1.02E-05. 0.000160. 0.31. 3.92. de. 4. In g. 1. en. Tiempo consumidos por hora (g) (h). Peso de N.M.. ie. Peso de N.M.. ría. degradación del colorante. Bi b. lio te. ca. Fuente: Datos experimentales. 37 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO IV. uí m. ica. CONCLUSIONES. 1. En la reacción de degradación del colorante anaranjado de metilo las placas de cemento – concreto tiene un ligero efecto catalítico en la primera hora de. Q. reacción.. ría. 2. El porcentaje de TiO2 impregnado con la cual se obtiene la mayor degradación de. ie. anaranjado de metilo (17.8 %) es del 5 %.. en. 3. El tiempo óptimo para el cual se consigue una mayor degradación del colorante. In g. usando la placa de 5 % de catalizador impregnado es de 7 horas de irradiación.. 4. Las placas con óxido de titanio impregnado al parecer sufren un. Bi b. lio te. ca. de. envenenamiento, cuando son reutilizadas la conversión disminuye al 3,9 %.. 38 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO V. uí m. ica. RECOMENDACIONES.  Dejar secar de un día para otro las placas preparadas, no usar las placas. Q. húmedas, ya que estas se pueden rajar o romper producto de la agitación..  Al extraer las muestras, utilizar lentes oscuros ya que al momento de abrir la. ría. cámara de oscuridad la intensidad de la luz de la lámpara puede afectar los. ie. ojos.. en.  Evitar el uso de mucha agua en la preparación de las placas, ya que esto ocasiona la obtención de placas quebradizas, las cuales se pueden romper o. In g. hacer que se produzca un desprendimiento de la capa óxido de titanio cemento.. de.  Ubicar al reactor fotocatalítico dentro de una cámara oscura, para así evitar que al reactor le lleguen espectros de otro tipo de longitud de onda diferente. ca. a la de la luz ultravioleta.. lio te.  Usar un reactor de vidrio que no tenga impreso ningún tipo de logo o tintura en sus paredes, ya que esto podría interferir o poner resistencia al paso de la. Bi b. luz ultravioleta.. 38 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. ica. CAPITULO VI. [1] Akira Fujishima, Tata N. Rao, Donald A. Tryk. Titanium dioxide photocatalysis. Department of Applied Chemistry, School of Engineering, 2000. Q. [2] Andrew Mills, Soo-Keun Lee- a web-based overview of semiconductor photochemistry-based current commercial applications. Department of Pure and. ría. Applied Chemistry, University of Strathclyde, 2002. [3] King Lun Yeung, Sze Tai Yau, A. Javier Maira, Juan M. Coronado, Javier Soria and. en. nanostructured TiO2, 2003. ie. Po Lock Yue. The influence of surface properties on the photocatalytic activity of. [4] Juan Rodríguez, Roberto J. Candal, José Solís, Walter Estrada y Miguel A. Blesa.. In g. El fotocatalizador: síntesis, propiedades y limitaciones, 2005 [5] Juan Miguel Marín, Juan Montoya, Estela Monsalve, Carlos Fidel Granda, Luis Alberto Ríos, Gloria Restrepo. Degradación de Naranja de Metilo en un nuevo. de. fotorreactor solar de placa plana con superficie corrugada, 2006 [6] T. Yuranova, V. Sarria, W. Jardim, J. Rengifo, C. Pulgarin, G. Trabesinger, J. Kiwi.. ca. Photocatalytic discoloration of organic compounds on outdoor building cement panels modified by photoactive coatings, 2006. lio te. [7] Esperanza Pérez, Y. Jiménez Prieto. Procesos de Detoxificación solar: Retos y Perspectivas de Aplicación en el siglo XXI. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Santa Clara. Villa Clara. Cuba.. Bi b. [8] Edison Gil Pavas. Fotocatálisis, una alternativa viable para la eliminación de compuestos orgánicos. Revista Universidad EAFIT No 127. 2002. [9] María Irene Litter. Tecnologías Avanzadas de Oxidación: Tecnologías Solares, 2005. 39 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. [10] Y. Badr, M.A. Mahmoud. Photocatalytic degradation of methyl orange by gold silver nano – core / silica nano – shell, 2006. film immobilized surface photoreactor using solar irradiation, 2006. ica. [11] Rahul A. Damodar, K. Jagannathan. Decolourization of reactive dyes by thin. [12] Masaaki Kitano, Masaya Matsuoka, Michio Ueshima. Recent developments in. uí m. titanium oxide – based photocatalysts, 2007. [13] Sixto Malato, Julián Blanco, Alfonso Vidal, Diego Alarcón. Applied studies in. Q. Solar Photocatalytic Detoxification: an overview, 2003. [14] Raúl Calixto Flores, Lucila Herrera Reyes, Verónica Hernández Guzmán.. ría. Ecología y medio ambiente, 2006. [15] Juan Blanco Gálvez, Sixto Malato Rodríguez, José Peral, Benigno Sánchez.. ie. Diseño de Reactores para fotocatálisis: Evaluación Comparativa de las distintas. en. opciones. 2002. [16] Jaime Pey Clemente. Aplicación de procesos de oxidación avanzada para. In g. tratamiento y reutilización de efluentes textiles.. [17] http://es.wikipedia.org/wiki/cemento_portland. de. [18] Roberto J. Candal, Juan Rodríguez, Gerardo Colón, Silvia Gelover. Materiales para fotocatálisis y electrofotocatálisis [19] Benigno Sánchez, Ana Isabel Cardona, José Peral y Marta Litter. Purificación de gases por fotocatálisis heterogénea: Estado del arte. ca. [20] http://www.oxmat.co.uk. Bi b. lio te. [21] biol.unlp.edu.ar. 40 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ANEXOS. 41 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. LONGITUD DE ONDA MAXIMA DE ANARANJADO DE METILO. Antes de realizar los ensayos respectivos, se tuvo que encontrar la longitud de onda óptima del anaranjado de metilo para poder hacer los análisis. de. analizar. la. solución. de. anaranjado. de. metilo. por. Q. Después. espectrofotometría molecular, se halló que este colorante tenía una longitud. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. de onda máxima de 466 nm, tal como es indicado en la figura 5.. Fig 5. Gráfico mostrando 466 nm como longitud de onda Optima de anaranjado de metilo. 42 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(44) In g. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DATOS DE LA CURVA DE CALIBRACION DEL. Bi b. lio te. ca. de. COLORANTE ANARANJADO DE METILO. 43 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.






(50) Q. uí m. absorbancia 0.202 0.195 0.189 0.182 0.176 0.169 0.163 0.156 0.150 0.143 0.137 0.130 0.124 0.117 0.111 0.104 0.098 0.092 0.085 0.079 0.072 0.066 0.059 0.053 0.046 0.040 0.033. ca. de. In g. en. ie. ría. ppm 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. lio te. ECUACION DE LA CURVA DE CALIBRACION DESARROLLADA EN MICROSOFT EXCEL 2007:. Bi b. Absorbancia = 0.0648 x Concentración (ppm) + 0.0332 R2 = 0.998. 49 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.





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