Estudios mecanísticos y cinéticos en el tratamiento de arsénico en solución acuosa por procesos fotoquímicos

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2013-02-14

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

AS (III) - AS (V) - AS (0) - ASH3 - CONTAMINACION AMBIENTAL - PROCESOS FOTOQUIMICOS - FOTOCATALISIS HETEROGENEA - TIO2 - NANOPARTICULAS DE FE CEROVALENTE - NANOPARTICULAS DE MAGNETITA - ESPECTROSCOPIA MOSSBAUER - XANES - AS (III) - AS (V) - AS (0) - ASH3 - ENVIRONMENTAL CONTAMINATION - PHOTOCHEMICAL PROCESSES - HETEROGENEOUS PHOTOCATALYSIS - TIO2 - ZEROVALENT IRON NANOPARTICLES - NANOPARTICLES OF MAGNETITE - MOSSBAUER SPECTROSCOPY - XANES

Descripción:

El objetivo de esta Tesis fue evaluar la efectividad de procesos avanzados, conénfasis en los fotoquímicos, para la remoción de arsénico (As). El As es uncontaminante de origen principalmente natural, extremadamente tóxico, y se encuentradisuelto en aguas en forma de As(III) y As(V), afectando grandes áreas de nuestro paísy del mundo. Se investigaron dos procesos avanzados en fase acuosa. Por un lado, se estudió lafotocatálisis heterogénea reductiva con TiO2 bajo luz UV (FHR) para la transformaciónde As en la especie no tóxica As(0) y, por otra parte, la remoción de As connanopartículas de Fe(0) y de magnetita, principalmente en condiciones oxidativas, enoscuridad y bajo irradiación UV-vis. Se investigó la FHR en condiciones anóxicas para la reducción de As(III) y As(V) adistintas concentraciones. Partiendo de una concentración 0,525 mM a pH 3, con elagregado de metanol (MeOH) como agente donor de electrones, se evaluó el efecto dela concentración de MeOH en la velocidad, encontrándose que su adición facilita la FHR y que, en el caso del As(V), es indispensable para que ocurra la transformación,pero no lo es en el caso de As(III). En todos los casos, los productos de la FHR fueron As(0) y AsH3(g) (As(-III)). Se estudió también el efecto del pH en el caso particular de As(III) ya que era necesario conocer si el agregado del ácido era indispensable. Seobservó que, a pH alcalino (sin agregado de ácido), la reducción era más eficiente,produciéndose mayor cantidad de As(0) y de AsH3(g). La presencia de As(0) sobre lasuperficie del TiO2 fue verificada por las técnicas XPS y XANES. El proceso reductivoresultó muy eficiente a pH 3 para As (V ó III) a concentraciones más bajas (porejemplo, 1 mg L−1, un valor comúnmente hallado en aguas contaminadas naturales),lográndose niveles de As más bajos que los establecidos por la regulación para aguas debebida (< 10 g L−1), en menos de 30 min. La formación de As(0) resulta una formaexcelente para la inmovilización de As(V) y As(III) presentes en medio acuoso. Sinembargo, la generación de AsH3 requiere medidas como la adsorción sobrecatalizadores, un segundo paso de FH oxidativa o la utilización de condiciones menosreductoras; esta alternativa fue estudiada de manera preliminar indicando que, en ciertascondiciones experimentales, podría evitarse su formación. Por otra parte, se estudió la remoción de As(III) de soluciones acuosas empleandonanopartículas de Fe(0) (nZVI). Se ensayaron diferentes relaciones de concentraciónmásica de As a Fe total (RC 1:3, 1:10 y 1:100), bajo atmósfera de O2. Se estudiótambién el efecto de la luz UV-vis. La RC más efectiva, a los 60 min de tratamiento, fue 1:100, con resultados de remoción de 70% en oscuridad, que mejoró a 90% bajo UVvis. Esta RC fue investigada también para la remoción bajo corriente de N2. Losproductos sólidos fueron analizados por espectroscopías Mössbauer, XANES y EXAFScon luz sincrotrón, lo que permitió dilucidar las fases de Fe y la especiación de As. Seconfirmó mediante XANES que el tratamiento implica la oxidación de As(III) a As(V). En particular, en la condición más efectiva, es decir, RC 1:100 (O2 y luz), se hallómayor porcentaje de As(V) en el sólido y de óxidos de Fe, indicando que la oxidaciónde As y la formación de óxidos frescos favorecen la remoción. Mediante los espectros Mössbauer, se pudo observar que el As se encuentra incluido en la estructura de losóxidos de Fe. Se estudió además la remoción de As(V) con distintas RC (1:50,1:100,1:10000) en la oscuridad y, con la RC más eficiente (1:100), se estudió elefecto de la luz UV-vis. Se obtuvo remoción total a los 60 min, sin que se registrara, eneste caso, efecto de la irradiación. Para confirmar la importancia de las fases oxidadas se estudió la remoción de As(III)y As(V) con nanomagnetita (NM), RC 1:10 y 1:50, en la oscuridad y bajo irradiación UV-vis en atmósfera de O2. A los 60 min, para As(III) con RC 1:50, se alcanzó 73% deremoción en la oscuridad y 90% bajo irradiación, mientras que con As(V) la remociónfue total en ambas condiciones. Se propuso que la alta eficiencia de remoción con nZVI y NM está relacionada con lageneración de óxidos in situ. En el caso de As(III), el aumento de la eficiencia bajoirradiación puede explicarse por un incremento en la oxidación de As(III) a As(V) y enlos procesos autocatalíticos Fe(II)/Fe(III) que forman óxidos frescos de alta superficieespecífica. La utilización de nZVI y NM representa una excelente opción para eltratamiento de As frente a los tratamientos convencionales, dado que su aplicación essimple, de bajo costo y de muy baja generación de residuos sólidos.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5283_Levy