Desarrollo de catalizadores para la eliminación de nitratos en agua de consumo humano

Es bien sabido que la contaminación de las aguas puede proceder de fuentes naturales o de actividades humanas. En la actualidad la más importante, sin duda, es la provocada por el hombre: el desarrollo y la industrialización supone un mayor uso de agua. Así, las actividades de agricultura y ganadería, producen vertidos de pesticidas, fertilizantes y restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una forma difusa, pero muy notable las aguas, en particular las subterráneas. Las aguas subterráneas son una de las principales fuentes de suministro para uso doméstico y para el riego en muchas partes de nuestro país y del mundo. La concentración elevada de nitrato en el agua subterránea a causa de la agricultura intensiva ha aumentado la preocupación sobre la posible contaminación de suministros de agua potable. Como una alternativa tecnológica para la eliminación de nitratos presentes en agua, cada vez más se está prestando una creciente atención a la desnitrificación catalítica empleando catalizadores heterogéneos. Las ventajas de esta tecnología incluyen: tratamiento rápido de los efluentes acuosos, seguridad y beneficios económicos. Es en el marco del acercamiento a la solución del problema, el objetivo fundamental de esta Tesis es contribuir al desarrollo y comprensión del modo de acción de catalizadores heterogéneos para la eliminación de nitratos en agua. En el Capítulo I se introduce a la presencia en forma natural del NO3- en el medio ambiente y luego se describe de qué manera afecta a la salud de las personas. Además se incluyen los métodos disponibles para su eliminación en aguas, citando las ventajas y desventajas de su empleo. El Capítulo II, es otra introducción pero más específica a los catalizadores empleados en la reacción de desnitrificación de NO3- y NO2- en aguas. Se menciona de qué manera se busca mejorar la actividad y selectividad de los catalizadores empleados. El Capítulo III, es un Capitulo en la cual se describe la parte experimental de la presente Tesis. Se describe tanto el acondicionamiento como preparación de los soportes. Posteriormente se describe la preparación, acondicionamiento y activación de los catalizadores monometálicos y bimetálicos. Finalmente el capítulo finaliza con la descripción de los equipos y las condiciones experimentales con las cuales se lleva a cabo la reacción de eliminación catalítica de NO3-y NO2-. Los resultados se dividen en tres Capítulos. El Capítulo IV es de resultados de caracterización tanto de soportes como de catalizadores, mientras que el Capítulo V y Capítulo VI es exclusivo de los resultados obtenidos a partir de la reacción de desnitrificación en aguas. Finalmente en el Capítulo VII, se comparará la influencia del contenido y naturaleza de los distintos metales y promotores sobre el comportamiento en la reacción. Estos resultados se relacionan con la estructura de los catalizadores, la naturaleza de las especies presentes y las interacciones entre metal y precursor Finalmente se incluyen ANEXOS, que son de importancia a la hora de comprender los resultados hallados en este Tesis.Facultad de Ciencias Exacta

Desarrollo de una metodología rápida, sencilla y reproducible para la determinación de nitratos y nitritos en agua

El objetivo de este trabajo es desarrollar un método espectrofotométrico sencillo, rápido y reproducible, que permita cuantificar nitratos y nitritos en aguas, analizando las interferencias que cada anión produce sobre el otro, con el objeto de aplicar la técnica a la determinación de ambos iones en reacciones catalíticas de reducción de nitratos en aguas de consumo humano.Eje: Aguas. Calidad del agua para distintos usosFacultad de Ciencias Exacta

Utilización de fases de Anderson Rh(III)-hexamolibdato soportadas en γ-A2O3 como catalizadores para la eliminación de NO3- y NO2- en aguas

Se realizó la preparación de un catalizador empleando una fase de Anderson Rh(III)-hexamolibdato (RhMo6) y otro convencional obtenido por impregnación sucesiva de sales de ambos metales (RhMo), ambos soportados en γ-Al2O3. La caracterización de la fase pura y de los catalizadores se realizó utilizando DRX, Microscopía-SEM-EDS y Espectroscopía vibracional Raman Microprobe, con las cuales se observó la conservación de la fase cuando es soportada. La interacción heteropolianión-soporte se analizó mediante Reducción a Temperatura Programada. Este estudio permitió comprobar un efecto sinérgico entre el Rh y Mo, a través del cual la reducibilidad del Mo se vio promovida por la presencia del metal noble. Ambos catalizadores fueron empleados en la reacción de hidrogenación de NO3- a N2. Con el catalizador conteniendo la fase de Anderson (RhMo6/(G)) se logró la eliminación prácticamente total de NO3-, con una selectividad a N2 superior al 98%. Cuando la reacción se llevó a cabo en presencia de CO2, la actividad del catalizador RhMo6/(G) disminuyó, pero se logró que la selectividad del intermediario NO2- fuera cero y la selectividad hacia N2 aumentara hasta un 99.75%.Two Rh-Mo catalysts were prepared: one using a Rh(III)-hexamolibdate Anderson phase (RhMo6) and the other through conventional successive impregnation of both metal salts (RhMo). Both catalysts were supported on γ-Al2O3. Characterization of the pure phase and of the catalysts was performed using XRD, SEM-EDS-Microscopy and Raman Microprobe Vibrational Spectroscopy, which allowed observing the preservation of the phase structure when it was supported. The heteropolyanion-support interaction was analyzed by Temperature-programmed reduction. This study allowed us to check a synergic effect between Rh and Mo, through which Mo reducibility was promoted by the presence of the noble metal. Both catalysts were used in the NO3- to N2 hydrogenation reaction. With the catalyst containing the Anderson phase (RhMo6/(G)) the virtual elimination of NO3- was achieved, with a selectivity towards N2 higher than 98%. When the reaction was conducted in the presence of CO2, its activity decreased, but the selectivity towards NO2- was almost zero and the selectivity towards N2 increased to 99.75%

Development of an Integrated System for the Purification of Water Contaminated with Oxoanions

Existen ciertos compuestos inorgánicos que en exceso afectan la calidad del agua para el consumo humano. Entre ellos, los nitratos (NO3-), nitritos (NO2-), bromatos (BrO3-), cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4-). La ingestade agua con exceso de estos iones produce serios problemas de salud. Uno de los procesos más prometedores para eliminar estos aniones es su reducción a compuestos inocuos (NO3-a N2, BrO3-a Br-) empleando catalizadores heterogéneos en presencia H2como agente reductor. Generalmente estos catalizadores contienen un metal precioso como metal de base (Pd, Rh) y un metal promotor(Cu, Ag). El desarrollo de reactores catalíticos requeriría unidades de tratamiento centralizadas amplias para el tratamiento de grandes volúmenes de aguas. Por eso es necesario desarrollar un sistema en el cual los aniones tóxicos sean concentrados y posteriormente eliminados. Por lo tanto, como parte del tratamiento para la eliminación de oxoaniones (NO2-, NO3-, BrO3-, ClO4-) presentes en aguas de consumo humano en este trabajo se puso énfasis en el diseño de un sistema integrado de adsorción/catálisis en donde los aniones son primero adsorbidos y concentrados sobre materiales adsorbentes (económicos y abundantes en el mercado) y luego reducidos a los productos de interés en un reactor conteniendo catalizadores del tipo estructurados, de manera de minimizar el volumen a tratar y el costo consecuente del tratamiento.Universidad Nacional de La Plat

DESARROLLO DE UN SISTEMA INTEGRADO PARA LA REMOCIÓN DE AGUAS CONTAMINADAS CON OXOANIONES

Existen ciertos compuestos inorgánicos que en exceso afectan la calidad del agua para el consumo humano. Entre ellos, los nitratos (NO3-), nitritos (NO2-), bromatos (BrO3-), cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4-). La ingesta de agua con exceso de estos iones produce serios problemas de salud. Uno de los procesos más prometedores para eliminar estos aniones es su reducción a compuestos inocuos (NO3- a N2, BrO3- a Br-) empleando catalizadores heterogéneos en presencia H2 como agente reductor. Generalmente estos catalizadores contienen un metal precioso como metal de base (Pd, Rh) y un metal promotor (Cu, Ag). El desarrollo de reactores catalíticos requeriría unidades de tratamiento centralizadas amplias para el tratamiento de grandes volúmenes de aguas. Por eso es necesario desarrollar un sistema en el cual los aniones tóxicos sean concentrados y posteriormente eliminados. Por lo tanto, como parte del tratamiento para la eliminación de oxoaniones (NO2-, NO3-, BrO3-, ClO4-) presentes en aguas de consumo humano en este trabajo se puso énfasis en el diseño de un sistema integrado de adsorción/catálisis en donde los aniones son primero adsorbidos y concentrados sobre materiales adsorbentes (económicos y abundantes en el mercado) y luego reducidos a los productos de interés en un reactor conteniendo catalizadores del tipo estructurados, de manera de minimizar el volumen a tratar y el costo consecuente del tratamiento. Resultados Para la adsorción de oxoaniones en aguas se investigó la utilización de tres adsorbentes de alta disponibilidad: montmorillonita (Mt), sílice y tierra de diatomeas. Para mejorar el rendimiento de estos adsorbentes, se los trató con diferentes surfactantes, hexadecil y octadeciltrimetilamonio, que interaccionan con los iones negativos de interés. Los materiales se caracterizaron antes y después de la adsorción en batch. Los resultaron mostraron una mayor adsorción de los aniones empleando las Mt modificadas con los surfactantes en comparación con los otros adsorbentes. Las caracterizaciones permitieron concluir que la adsorción de dichos iones es por interacción electrostática (con formación de pares iónicos) en la superficie de los adsorbentes. También se realizaron estudios de filtración en columna. Se emplearon catalizadores en forma de polvo con el objeto de eliminar problemas difusionales. Los catalizadores evaluados fueron PdNi,PdCu,PdCo, RhCu. Éstos se soportaron en materiales inertes (carbón proveniente de residuos) y soportes con vacancias de oxígeno ZrO2 y CeO2 los cuales mostraron buena performance catalítica en un reactor batch. Sin embargo, la utilización de una formulación catalítica en polvo en suspensión no es tecnológicamente viable. Por lo tanto, se sintetizaron catalizadores estructurados sobre pellets y monolitos. Los resultados mostraron una mayor actividad y selectividad para el catalizador monolítico PdCu/ZrCe

Estudio del efecto del soporte en la eliminación de NO3-en aguas empleando catalizadores a base de Rh(III)-hexamolibdato

Se estudió la eliminación catalítica de NO3- en agua empleando catalizadores basados en heteropolioxometalatos de estructura tipo Anderson (RhMo6). Como soportes se utilizaron γ-Al2O3(G), un precursor de alúmina Al(OH)3 calcinado a 550°C (B), α-Al2O3(A) y SiO2(S). Todos los catalizadores fueron activos en la eliminación de NO3-. El orden de actividad decreciente fue el siguiente: RhMo6/G > RhMo6/S > RhMo6/A > RhMo6/B. Las diferencias observadas pueden ser asignadas a las diferentes características texturales entre los soportes. La interacción heteropolianión/soporte produce una superficie activa, en la que existe un efecto sinérgico entre los dos metales que favorece la actividad catalítica. Con respecto a la selectividad a N2 en todos los catalizadores soportados sobre alúminas con distintas características fue superior al 90%. Para el catalizador soportado sobre SiO2 la selectividad fue baja (64%). La menor selectividad a N2 puede deberse a que la SiO2 se comporta como intercambiador catiónico no favoreciendo la impregnación de un polianión como (RhMo6)

Desarrollo de un sistema integrado para la potabilización de aguas contaminadas con NO3

La investigación y el desarrollo de tecnologías para remediar aguas contaminadas con exceso de NO3- están en constante aumento. Una alternativa económica y potencialmente efectiva se basa en la hidrogenación catalítica de NO3- al producto inocuo N2. En el presente trabajo, se diseñó un sistema integrado adsorción/catálisis en donde el NO3- fue primero adsorbido y concentrado sobre un adsorbente y luego reducido al producto de interés N2 en un reactor conteniendo catalizadores estructurados, de manera de minimizar el volumen a tratar y el costo consecuente del tratamiento

Use of organo-montmorillonite for the nitrate retention in water: Influence of alkyl length of loaded surfactants

The removal of NO3− from water was performed and compared among four organo-montmorillonites (OMt) with quaternary amine surfactants of different chain lengths [octadecyl trimethyl-(ODTMA), hexadecyl trimethyl-(HDTMA), tetradecyl trimethyl-(TDTMA) and dodecyl trimethyl-ammonium (DDTMA)] and loadings [100%, 200%, 400% of the Mt cation exchange capacity (CEC)]. The maximum adsorption of NO3− was attained by the long chain length surfactants (64 and 100 mg NO3− ions per gram of OMt, for HDTMA and ODTMA, respectively) with initial loading of 400% with respect to the CEC of Mt. The short chain length surfactants (DDTMA and TDTMA) did not show adsorption of NO3− except for TDTMA 400 sample. The NO3− adsorption produced a slight expansion of the interlayer thickness of the OMt samples loaded with long-chain surfactants that was assigned to the entrance of NO3− by a synergic effect with these surfactants. The decrease of the negative zeta potential, found for OMt samples relative to that of Mt sample, was attributed to the surfactant chain length rather than to the actual surfactant loaded amounts, which allowed attaining positive zeta potential values for the OMt loaded with long-chain surfactants. The NO3− adsorption on OMt samples caused a slight decrease in the positive zeta potential values, reflecting the external surface coating by NO3−. For long-chain molecules, this behaviour also indicated the formation of greater interactions such as ion pairs between the positive polar group of the surfactant and NO3− ions.Fil: Jaworski, María Angélica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas "Dr. Jorge J. Ronco". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Flores, Federico Manuel. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; ArgentinaFil: Fernandez, Mariela Alejandra. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; ArgentinaFil: Casella, Mónica Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas "Dr. Jorge J. Ronco". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas; ArgentinaFil: Torres Sanchez, Rosa Maria. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentin

Estudio de catalizadores y adsorbentes candidatos a la eliminación de pesticidas organoclorados en agua

El presente trabajo se abocará al desarrollo deadsorbentes y catalizadores que permitan la degradación de pesticidas organoclorados, utilizando materiales de bajo costo, bajo impacto medioambiental y estables en reacción.Facultad de Ingenierí

Tratamiento de aguas contaminadas con NO₃⁻ empleando un sistema continuo de adsorción-catálisis utilizando arcillas y catalizadores estructurados

En gran parte de nuestro país, principalmente en las zonas agrícolas, se ha notado desde hace varios años un incremento en la concentración de NO₃⁻ y NO₂⁻ en las aguas subterráneas, las cuales constituyen la principal fuente de agua potable para la población. La causa de este aumento se debe principalmente al uso de pesticidas y agroquímicos, los cuales contienen nitrógeno que luego percola hacia las napas freáticas provocando la contaminación de las mismas. Aunque esta última, constituye la mayor causa de la contaminación, también existen otras como la disposición inadecuada en cámaras sépticas, el uso de aditivos alimentarios y la generación de efluentes industriales, entre otras. El incremento de la concentración de este y otros oxoaniones, excede ampliamente los niveles permitidos establecidos en el Código Alimentario Argentino, cuyos valores admisibles son de 45 ppm para NO₃⁻ y 0.1 ppm para NO₂⁻ por ejemplo. La ingesta de estas sustancias puede causar una gran cantidad de problemas en la salud como metahemoglobinemia, la cual es una deficiencia de oxígeno en la sangre de los lactantes, también conocido como el síndrome del bebé azul. Otro delos problemas asociados es la formación de NO₂⁻ a partir de NO₃⁻ en el tracto digestivo los cuales se combinan con aminas secundarias o terciarias en medio ácido (estómago) y dan como resultado la formación de compuestos N-nitrosos, conocidos por ser mutagénicos, carcirogénicos y teratogénicos. Es por ello, que se está desarrollando un sistema continuo que integre la adsorción de estos contaminantes y posteriormente su eliminación en forma catalítica, de manera tal de convertirlos en productos inocuos. Como adsorbente de NO₃⁻ se empleó una arcilla altamente abundante en el país, montmorillonita (Mt), modificada con el surfactante hexadeciltrimetilamonio (Mt-HDTMA) en columnas rellenas con arena de mar. Los catalizadores utilizados son de tipo estructurados, dada la inviabilidad técnica de utilizarlos en polvo, ya que esto ocasionaría una pérdida de carga excesiva sobre el equipo y además se produciría el arrastre de este catalizador provocando la contaminación aguas abajo del reactor catalítico. El objetivo de la adsorción previa a la reacción catalítica es para minimizar el volumen a tratar ya que este proyecto está pensado para potabilizar agua para servir a una determinada población. Por este mismo motivo es que también se busca que el sistema funcione en continuo y no en batch.Facultad de Ingenierí