Estudio mecanístico de la fotodegradación de contaminantes fenólicos empleando sales de quinolinio y acridinio como fotocatalizadores orgánicos

Abstract

[ES] El agua es un elemento fundamental para el sostenimiento de la vida. Sin embargo, la mayor parte del agua dulce va destinada a la industria agronómica, generando grandes corrientes acuosas con contaminantes en pequeñas concentraciones difíciles de eliminar y de carácter tóxico. Con la finalidad de eliminar estos contaminantes se han desarrollado nuevos métodos de eliminación útiles como tratamientos complementarios a los tratamientos convencionales. Destacan los procesos de oxidación avanzada (AOPs), entre ellos la fotocatálisis con fotocatalizadores orgánicos. En el presente Trabajo de Fin de Grado se ha estudiado la degradación de cuatro contaminantes fenólicos característicos de la industria agronómica: fenol (P), o-fenilfenol (OPP), 2,4,6-triclorofenol (TCP) y 2,3,4,5,6-pentaclorofenol (PCP). Para degradarlos se han empleado dos fotocatalizadores orgánicos, el N-metilquinolinio (NMQ+ ), caracterizado por trabajar en el rango de luz UV tipo A, y el 9-mesitil-10-metilacridinio (MesMAcr+ ), caracterizado por absorber en el rango de luz visible. Además, se han realizado estudios fotofísicos para caracterizar los estados excitados de cada fotocatalizador frente a cada contaminante y se han determinado las cinéticas de reacción. Por último, se propuso un mecanismo de reacción para los procesos estudiados. En el caso del NMQ+ se comprobó lo que los cálculos termodinámicos señalaban, pues se alcanzó una degradación del 100 % de todos los contaminantes utilizando un 20 % molar de fotocatalizador. En el caso del MesMAcr+ , la fotodegradación fue más lenta pero sí que se produjo, de acuerdo con los cálculos termodinámicos. Por último, se ha observado que el PCP es el que más rápido se degradaba alacanzando una degradación del 100 % con NMQ+ al 20 % molar y un 70 % con MesMAcr+ al 20 % molar. Esto puede venir provocado por el hecho de que el PCP tenga la capacidad de oxidarse y de reducirse, lo cual explicaría la degradación tan rápida que sufre.

[CA] L’aigua és un element fonamental per al sosteniment de la vida. No obstant això, la major part va destinada a la industria agronòmica, generant grans volums de corrents aquosos difícils d’eliminar per tractaments convencionals i de caràcter tòxic. Pel que, amb la finalitat d’eliminar aquestos contaminants s’han desenvolupat nous mètodes d’eliminació útils com a tractaments complementaris als tractaments convencionals. Destaquen els processos d’oxidació avaçada (AOPs), entre ells la fotocatálisi amb fotocatalitzadors orgànics. En el present treball de Fi de Grau s’ha estudiat la degradació de quatre contaminants fenòlics característics de la industria agronòmica: fenol (P), o-fenilfenol (OPP), 2,4,6-triclorofenol (TCP) i 2,3,4,5,6-pentaclorofenol (PCP). Per a degradr-los s’han empleat dos fotocatalitzadors orgànics, el N-metilquinolinio (NMQ+ ), caracteritzat per treballar en el rang de llum visible. A més, s’han realitzt estudis fotofísics amb la finalitat de caracteritzar els estats excitats de cada fotocatalitzador enfrot a cada contaminant i s’ha determinat les cinètiques de reacció. Per últim, es va proposar un mecanisme de reacció per als processos estudiats. En el cas del NMQ+ es va comprovar el que els càlculs termodinàmics senyalaven, ja que es va produir una degradació del 100 % de tots els contaminants utilitzant un 20 % molar de fotocatalitzador. En el cas del MesMAcr+ , la fotodegradació va ser més lenta però si que es va produir, d’acord amb els càlculs termodinamics. Per últim, s’ha observat és que el PCP és el que més ràpid es degradava, aconseguint un 100 % de degración en un 20 % molar de NMQ+ y un 70 % con MesMAcr+ al 20 % molar . Açò pot vindre provocat pel fet de que el PCP tinga la capacitat d’oxidar-se i de reduir-se, la qual cosa explicaría la degradació tan rápida que patix.

[EN] The water is a fundamental element for the maintenance of the life. Nevertheless, most of the sweet water is destined to the agronomic industry, generating big watery currents with pollutants in small concentrations difficult to eliminate and of toxic character. With the purpose of eliminating these pollutants new useful methods of elimination have developed as complementary treatments to the conventional treatments. Stand out the processes of advanced oxidation (AOPs), between them the photocatalysis with organic photocatalysts. In the present Work of End of Degree there has been studied the degradation of four phenolic pollutants typical of the agronomic industry: phenol (P), or - fenilfenol (OPP), 2,4,6- triclorofenol (TCP) and 2,3,4,5,6-pentaclorofenol (PCP). To degrade them there have used two organic photocatalysts, the N-metilquinolinio (NMQ +), characterized for UV was employed at the range of light type To, and 9-mesitil-10-metilacridinio (MesMAcr +), characterized for absorbing in the range of visible light. In addition, photophysical studies have been realized to characterize the conditions excited of every photocatalyst opposite to every pollutant and the kinetic ones of reaction have decided. Finally, one proposed a mechanism of reaction for the studied processes. In case of the NMQ + there was verified what the thermodynamic calculations were indicating, since there was reached a degradation of 100 % of all the pollutants using 20 % to like of photocatalyst. In case of the MesMAcr +, the photodegradation was slower but yes that took place, in agreement with the thermodynamic calculations. Finally, has been observed that the PCP is more rapid the one that was degenerating alacanzando a degradation of 100 % with NMQ + to 20 % to like and 70 % with MesMAcr + to 20 % liking. This can come provoked by the fact that the PCP has the aptitude to oxidize and of diminishing, which would explain the degradation so rapid that suffers.