Reactores capilares para fotosíntesis artificial

La aplicación de reactores capilares para la transformación de dióxido de carbono a compuestos orgánicos con valor comercial a través de un proceso de reducción en medio acuoso, asistido por luz UV (λ=254 nm) y un catalizador fue el objeto central de estudio de esta investigación. El proceso, también conocido como fotosíntesis artificial se efectuó bajo el régimen hidrodinámico de Taylor en donde el efecto del catalizador (TiO2) se estudió en películas y en suspensión. Los recubrimientos de TiO2 se prepararon mediante el método sol-gel empleando distintas relaciones volumétricas de los precursores isopropoxido de titanio, isopropanol y ácido nítrico. El TiO2 se depositó sobre la superficie interna de capilares de cuarzo (DI=0.3 cm) y la caracterización de la película resultante se realizó a través de espectroscopia Raman, microscopia electrónica de barrido y espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa. Se encontró que la formación de películas más homogéneas y transparentes se obtiene con un mayor grado de dilución de los precursores. La fase cristalina anatasa fue identificada independientemente de las condiciones de síntesis. La actividad fotocatalítica de los recubrimientos se verificó en una reacción de oxidación (degradación de ácido 2-dihidroxibenzoico con O2) y en la reacción de reducción del CO2. En la reacción de oxidación, las variables de respuesta fueron la disminución en la concentración del ácido, el grado de mineralización y la concentración de los intermediarios de reacción. Se concluyó que el recubrimiento que ofrece el mejor desempeño fotocatalítico es aquel preparado con una relación volumétrica de precursores igual a 1:15:1 con dos ciclos de recubrimiento. Los subproductos de reacción identificados por HPLC fueron los ácidos 2,3 y 2,5-dihidroxibenzoicos encontrándose que su formación ocurre en ruta paralela y que son compuestos persistentes a su degradación. Estas condiciones de síntesis se emplearon para llevar a cabo la reducción de CO2. Con respecto a esta etapa, se condujo la reacción de reducción de CO2 con distintos agentes reductores y siendo catalizada por TiO2 bajo irradiación UV. Se verificó el efecto del agente reductor, la configuración del reactor y del catalizador. La reacción de foto-reducción se favoreció al ser efectuada en medio alcalino y catalizada por suspensiones de TiO2. Se identificaron cualitativamente como productos de reacción en la fase líquida al metanol, etanol y al formaldehído. Se modificó el sistema de reacción adicionando un paso de tratamiento fotoquímico del CO2 previo a incorporarse al reactor capilar para su transformación a compuestos orgánicos encontrando que esta modificación alteró considerablemente la selectividad del proceso. Adicionalmente el proceso fue catalizado por los siguientes materiales: TiO2:Ni, TiO2:F, TiO2:F:Pt y Cu2O depositado sobre grafeno. En todos los casos la producción de compuestos orgánicos fue superior a la alcanzada cuando el proceso fue catalizado únicamente por TiO2. De esta forma fue verificado el uso de reactores capilares en la reacción fotocatalítica de oxidación de ácido 2-DHBA y en el proceso de reducción de CO2.PRODEP 103.5/13/525

Modelling and Simulation of the Radiant Field in an Annular Heterogeneous Photoreactor Using a Four-Flux Model

This work focuses on modeling and simulating the absorption and scattering of radiation in a photocatalytic annular reactor. To achieve so, a model based on four fluxes (FFM) of radiation in cylindrical coordinates to describe the radiant field is assessed. This model allows calculating the local volumetric rate energy absorption (LVREA) profiles when the reaction space of the reactors is not a thin film. The obtained results were compared to radiation experimental data from other authors and with the results obtained by discrete ordinate method (DOM) carried out with the Heat Transfer Module of Comsol Multiphysics® 4.4. The FFM showed a good agreement with the results of Monte Carlo method (MC) and the six-flux model (SFM). Through this model, the LVREA is obtained, which is an important parameter to establish the reaction rate equation. In this study, the photocatalytic oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde was carried out, and the kinetic equation for this process was obtained. To perform the simulation, the commercial software COMSOL Multiphysics v. 4.4 was employed

Comparison of AOPs Efficiencies on Phenolic Compounds Degradation

In this work, a comparison of the performances of different AOPs in the phenol and 4-chlorophenol (4-CP) degradation at lab and pilot scale is presented. It was found that, in the degradation of phenol, the performance of a coupled electro-oxidation/ozonation process is superior to that observed by a photo-Fenton process. Phenol removal rate was determined to be 0.83mg L−1 min−1 for the coupled process while the removal rate for photo-Fenton process was only 0.52mg L−1 min−1. Regarding 4-CP degradation, the complete disappearance of the molecule was achieved and the efficiency decreasing order was as follows: coupled electrooxidation/ ozonation > electro-Fenton-like process > photo-Fenton process > heterogeneous photocatalysis. Total organic carbon was completely removed by the coupled electro-oxidation/ozonation process. Also, it was found that oxalic acid is the most recalcitrant by-product and limits the mineralization degree attained by the technologies not applying ozone. In addition, an analysis on the energy consumption per removed gram of TOC was conducted and it was concluded that the less energy consumption is achieved by the coupled electro-oxidation/ozonation process

Paracetamol mineralization by Photo Fenton process catalyzed by a Cu/Fe- PILC under circumneutral pH conditions

This study presents an iron-pillared clay (Fe-PILC) ion-exchanged with copper (Cu/Fe-PILC), as an efficient catalyst to conduct the mineralization of paracetamol through photo-Fenton process at near to neutral pH without precipitation of Fe complexes and without adding any chemicals to modify the initial pH. The specific surface area of the catalyst was of 110m2 g−1 and with the following phases FeO, Fe3O4, Cu2O, CuO determined by XPS analyses. Around 80% of mineralization was reached either by conducting the process at acidic and circumneutral pH conditions, and the efficiency was not significantly higher at pH=2.7. The intermediate reaction products generated at both pH conditions essayed and detected by LC–MS were hydroquinone, acetamide and oxamic acid. Catalyst Cu/Fe-PILC showed an iron leaching of about 3% after reaction while the reusability of the catalyst involved a decrease in mineralization of only 3% under circumneutral conditions. The final TOC of about 20% can be ascribed to the presence of acetamide that was found to be the most reluctant towards oxidation.CONACYT 269093 PRODEP (511-6/178590) CONACYT (Estancia sabática) 26614

Procesos de Oxidación avanzada en el tratamiento de agua

A lo largo de este libro diversos autores especializados exponen el tema permitiendo al lector encontrar desde principios básicos, hasta aplicaciones de procesos, resultando ser una fuente de consulta con una visión amplia de los procesos de oxidación avanzada y sus aplicaciones dentro del tratamiento de agua.El agua es un líquido vital, sin ella no podemos subsistir. Además de usarla en nuestro hogar, se utiliza en gran variedad de procesos industriales para la transformación de materias primas en productos terminados. El agua usada industrialmente cambia su composición fisicoquímica, ya que agregamos un sinfín de compuestos orgánicos e inorgánicos. Por ello, es necesario desarrollar nuevas metodologías que permitan de manera segura y eficiente recuperar la calidad del agua usada originalmente para poder usarla.Universidad Autónoma del Estado de Méxic

Al/Cu-PILC as a Photo-Fenton Catalyst: Paracetamol Mineralization

ARTICULO EN REVISTA INDIZADAPillared clays have shown to effectively catalyze the photo-Fenton process without the necessity of acidic conditions, which is a very attractive feature from the perspective of environmentally friendly processes, especially when high natural abundance of chemical elements are incorporated. In this work, the catalytic activity of Al/Cu interlayered pillared clays for the degradation and mineralization of paracetamol through a photo-Fenton-like process was investigated. Al/Cu-pillared clays were prepared by adding ane Al/Cu pillaring solution to a bentonite suspension. X-ray diffraction (XRD) confirmed the enlargement of the interlayer space of the clay provoked by the pillaring process and Al and Cu species in the prepared samples were verified by atomic absorption spectroscopy (AAS). The specific surface area of pure bentonite was 2-fold increased after the Al/Cu pillaring process. A synthetic paracetamol solution with an initial concentration of 100 ppm was prepared for the assessment of the activity of the prepared materials. Different catalyst concentrations were tested (0.2, 0.5, 0.75, and 1 g L–1) and the complete removal of paracetamol was achieved in all cases, but the highest mineralization rate (69.8 mg total organic carbon (TOC) gcat–1 h–1) corresponds to the catalyst loading of 0.5 g L–1. An ultraviolet-C (UVC) light source was employed, and no adjustment of the pH to acidic conditions was needed to achieve these results. Liquid chromatography coupled to mass spectroscopy (LC-MS) was employed to identify the reaction intermediates of paracetamol degradation. A proposed pathway for the oxidation of paracetamol molecule is presented. The effect of Cu content in the pillared clay and the stability and reusability of the catalyst were also assessed. The kinetic constants of paracetamol removal were 0.2318 and 0.0698 min–1, under photo-Fenton and UV + H2O2 processes, respectively.COMECYT 02