Estudio de la actividad catalítica de materiales basados en carbón activo en procesos de ozonización en fase acuosa

Abstract

[ES] En la actualidad existe un creciente interés por el desarrollo de procesos eficientes y sostenibles para llevar a cabo la descontaminación de aguas. En este contexto, los procesos de oxidación avanzada basados en la descomposición catalítica del ozono en especies reactivas de oxígeno son una de las alternativas más prometedoras. No obstante, los catalizadores heterogéneos más eficientes están basados en metales de transición como el cobalto cuya gestión limita su amplia aplicación. En este sentido, algunos estudios han demostrado que es posible emplear materiales carbonosos libres de metales como catalizadores eficientes para el proceso de ozonización catalítica. En el presente trabajo fin de grado se ha estudiado la actividad catalítica de materiales basados en carbón activo como catalizadores de ozonización heterogéneos para llevar a cabo la degradación de ácido oxálico como contaminante modelo. En concreto, se ha funcionalizado carbón activo comercial por métodos químicos y térmicos. Los materiales se han caracterizado por distintas técnicas incluyendo análisis elemental por combustión, termogravimetría, espectroscopía de infrarrojos y fotoelectrónica de rayos-X así como por técnicas de desorción a temperatura programada. Los resultados experimentales han mostrado que el carbón activo comercial funcionalizado con un tratamiento térmico a 350 ºC durante 1 h ha dado lugar al catalizador más activo de los estudiados. Además, se ha demostrado que el proceso es realmente heterogéneo y además el catalizador retiene la mayor parte de su actividad catalítica inicial después de usarlo tres veces consecutivas.

[EN] Currently there is a growing interest in the development of efficient and sustainable processes to carry out water decontamination. In this context, advanced oxidation processes based on the catalytic decomposition of ozone in reactive oxygen species are one of the most promising alternatives. However, the most efficient heterogeneous catalysts are based on transition metals such as cobalt whose management limits their wide application. In this sense, some studies have shown that it is possible to use metal-free carbonaceous materials as efficient catalysts for the catalytic ozonation process. In the present thesis, the catalytic activity of materials based on activated carbon as heterogeneous ozonation catalysts has been studied to carry out the degradation of oxalic acid as a model pollutant. Specifically, commercial activated carbon has been functionalized by chemical and thermal methods. The materials have been characterized by different techniques including elemental analysis by combustion, thermogravimetry, infrared spectroscopy and X-ray photoelectronics, as well as by desorption techniques at programmed temperature. Experimental results have shown that functionalized commercial activated carbon with a heat treatment at 350ºC for 1 h has given rise to the most active catalyst of those studied. Furthermore, the process has been shown to be truly heterogeneous, and furthermore the catalyst retains most of its initial catalytic activity after using it three consecutive times.