Se considera que el mecanismo del proceso heterogéneo de Fenton involucra una serie compleja de reacciones en la superficie del catalizador que produce radicales HO• y HO2• de acuerdo a las reacciones que se describen en la sección 1.2.1. Mecanismo de la reacción Fenton.
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El peróxido de hidrógeno acuoso en la superficie de la hematita se descompone en agua más oxígeno. Esto puede iniciarse a través de un proceso catalítica de superficie de generación de radicales libres intermedios HO• o HO2• o un proceso redox no catalítica y no radical por la cual la hematita alfa-Fe2O3
sólido puede liberar iones Fe a la solución a través de un paso reductor que conduce a Fe2+ acuoso (+ O2) limitadas por el pH y que alcanzan el equilibrio con las especies de Fe disueltas indicadas para cada rango de pH. El Fe2+ acuoso liberado, junto con el H2O2 restante en la solución, permite una etapa de la reacción de Fenton homogénea convencional continua.
Una vez que las especies de Fe acuosas se liberan en solución, estas pueden inducir la descomposición redox, el cual termodinámicamente es factible y que el Fe2O3 en contacto con H2O2 en soluciones ácidas da lugar a iones Fe2+
en solución, que a su vez incide en el paso de reacción de Fenton homogéneo con el H2O2 restante. Esto muestra la dependiente del pH en el paso crítico de generación y propagación de Fe2+ (aq) de la reacción de Fenton homogénea en la reacción general de degradación del azul de metileno.
El proceso de Fenton heterogéneo se propone que comienza en la superficie de la hematita con reducción y liberación de Fe3+ superficial como Fe2+ en la solución, en la que H2O2 desempeña el papel de reductor. Una vez en solución, el Fe2+ reacciona con el H2O2 restante, como en una reacción de Fenton homogénea convencional, induciendo a la degradación de las moléculas de azul de metileno.
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Figura 35. Diagrama Eh-pH para la hematita Referencia: (Wilson, 2017)
El diagrama de Eh - pH para las especies de Fe en agua que se muestra en la Figura 35, muestra el comportamiento de la hematita con las especies de hierro sólidas acuosas y más estables conocidas que pueden estar presentes en las condiciones de reacción consideradas en el intervalo de pH de 3,5 a 5,0. Se puede observar que la especie sólida Fe2O3 hematita predomina sobre la especie acuosa Fe (III) en el rango de pH> 2.0 y que esta misma especie sólida puede convertirse en Fe2+ acuoso mediante una reducción en el rango de pH operativo del presente estudio. El diagrama también muestra que, aunque el Fe2O3 tiene una solubilidad acuosa muy baja en el rango considerado de pH 3,5 a 5,0, las especies de hierro acuosas pueden existir en equilibrio con la suspensión mineral. Tenga en cuenta que si se excluye la hematita (Fe2O3), se reemplaza con goethita meta estable (FeOOH).
83 CONCLUSIONES
1. El porcentaje de remoción del AzMe tomando en consideración los factores de pH, temperatura, concentración de peróxido de hidrógeno y caudal de alimentación, se representan en unidades no codificadas por la ecuación:
% 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 = 108,83 − 6,417 ∙ 𝑝𝐻 + 0,2725 ∙ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 − 0,482
∙ 𝐻2𝑂2− 1,319 ∙ 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙
donde el coeficiente de determinación R2 es de 0,9956.
2. El porcentaje de remoción máximo (como resultado optimizado) es de 92,0125 % cuando los factores son pH de la precipitación selectiva 3,5;
temperatura de la solución coloreada 50°C, concentración de peróxido de hidrógeno 0,15 g/L y caudal de alimentación de 6,0 mL/min.
3. La hematita, el óxido de hierro 𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3, se sintetizó a partir del hierro(III) obtenido del DAM del pasivo ambiental Quiulacocha (Simón Bolívar-Región Pasco) por precipitación selectiva regulando el pH en el rango de 3,5 a 5. Esta transformación directa de goethita 𝛼-FeOOH en hematita 𝛼-Fe2O3 es debido al efecto termo-mecano-químico y puede explicarse de acuerdo con la reacción:
2 ∙ 𝛼 − 𝐹𝑒𝑂𝑂𝐻 → 𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐻2𝑂
4. La temperatura de la solución coloreada influye en la degradación del azul de metileno en el reactor empacado con hematita siendo la temperatura óptima de 50 °C. A una temperatura de 40°C, el porcentaje
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máximo de remoción es de 89,12 %, con una deseabilidad individual (d) de 0,93376.
5. El peróxido de hidrógeno acuoso en la superficie de la hematita se descompone en 𝐻2𝑂 + 𝑂2. Esto puede iniciarse a través de un proceso catalítica de superficie de generación de radicales libres intermedios HO• o HO2• o un proceso redox no catalítica por lo cual la hematita 𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3 sólido puede liberar iones Fe a la solución a través de un paso reductor que conduce a Fe2+ acuoso. La concentración optima de peróxido de hidrógeno es de 0,15 g/L. Para una concentración de peróxido de hidrógeno de 3,0 g/L el porcentaje máximo de remoción es de 90,6375
%.
6. La velocidad de alimentación óptima es de 6,0 mL/min para el proceso Fenton en un reactor empacado con hematita 𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3 soportado sobre liparita con un flujo continuo en estado estacionario. determina el flujo continuo en el estado estacionario. Para un flujo de alimentación de 10,0 mL/min el porcentaje de remoción es de 86,7387; con una deseabilidad individual (d) de 0.79993.
RECOMENDACIONES
La gran posibilidad de aplicación a nivel industrial en flujo continuo en estado estacionario el proceso Fenton like desarrollada en la presente investigación, utilizando un catalizador de óxido de hierro (𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3) hematita soportado sobre liparita, requiere pruebas de escalamiento para manipular las respectivas variables y poder realizar el dimensionamiento adecuado del reactor.
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