Estudio de la actividad catalítica de materiales basados en grafito para la activación de ozono en procesos de tratamiento de aguas residuales empleando sistemas modelo

Abstract

[ES] Los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales no son eficientes para la desinfección de microorganismos resistentes y para la eliminación de contaminantes orgánicos tóxicos, recalcitrantes y poco biodegradables. En este sentido, los denominados procesos de oxidación avanzada son la tecnología más adecuada para abordar este problema. Estos procesos consisten en la generación de especies con un elevado poder oxidante como son los radicales hidroxilo. Entre todos estos procesos la ozonización catalítica empleando óxidos metálicos es una alternativa económicamente viable para su implantación a escala industrial. Sin embargo, presenta una serie de inconvenientes entre los que destaca la lixiviación de metales de transición del catalizador heterogéneo al medio de reacción pudiendo causar problemas de contaminación indeseada. Como alternativa al empleo de catalizadores de ozonización catalítica basados en metales de transición está la carbocatálisis. La carbocatálisis consiste en emplear materiales carbonosos como catalizadores heterogéneos para llevar a cabo procesos tradicionalmente catalizados por metales de transición. En el presente trabajo fin de grado de emplearán materiales basados en grafito como carbocatalizadores del proceso de ozonización catalítica. En particular, se estudiarán materiales basados en grafito con distinta área superficial y distinto grado de expansión entre las láminas de grafeno que los constituyen. La actividad de los mismos se estudiará empleando disoluciones acuosas conteniendo contaminantes modelo como el ácido oxálico y el ácido 4-hidroxibenzoico. Para llevar a cabo este estudio se empleará un ozonizador a escala de laboratorio y tecnicas de caracterización y análisis como la espectroscopía UV-Vis, cromatografía iónica, cromatografía de HPLC en fase reversa, entre otras.

[EN] Conventional wastewater treatment processes are not efficient for the disinfection of resistant microorganisms and for the elimination of toxic organic pollutants, recalcitrants and little biodegradable. In this sense, the so-called advanced oxidation processes are the most appropriate technology to address this problem. These processes consist in the generation of species with a high oxidizing power such as hydroxyl radicals. Among all these processes, catalytic ozonation using metal oxides is an economically viable alternative for its implementation on an industrial scale. However, it has a series of drawbacks, among which the leaching of transition metals from the heterogeneous catalyst to the reaction medium can cause problems of unwanted contamination. As an alternative to the use of catalytic ozonation catalysts based on transition metals is carbocatalysis. The carbocatalysis consists of using carbonaceous materials as heterogeneous catalysts to carry out processes traditionally catalysed by transition metals. In the present work, the students will use materials based on graphite as carbocatalysts of the catalytic ozonation process. In particular, materials based on graphite with different surface area and different degree of expansion between the graphene sheets that constitute them will be studied. The activity of the same will be studied using aqueous solutions containing model pollutants such as oxalic acid and 4-hydroxybenzoic acid. To carry out this study, an ozonizer at laboratory scale and characterization and analysis techniques such as UV-Vis spectroscopy, ion chromatography, reverse phase HPLC, among others, will be used.