Estudio cinético de la descomposición catalítica de ozono

Abstract

[ES] El ozono es una sustancia que resulta beneficiosa para la vida cuando se encuentra a nivel de la estratosfera, pues protege a los organismos vivos del daño que puede producir la radiación ultravioleta. Sin embargo, sus efectos a nivel troposférico son perjudiciales debido a su elevado poder oxidante y a su capacidad de favorecer la formación del smog fotoquímico a partir de compuestos orgánicos volátiles, generando un serio problema de contaminación atmosférica. El ozono puede resultar tóxico para plantas, animales y personas, siendo además responsable de la degradación y el envejecimiento de materiales como plásticos y textiles. Por otra parte, es precisamente la alta capacidad oxidante del ozono junto con la mejora de las tecnologías para su generación las que han impulsado su uso industrial, por ejemplo, en la potabilización y desinfección de aguas, oxidación de contaminantes en fase gas, desodorización de ambientes, aplicaciones en la industria agroalimentaria, síntesis de productos químicos, etc. Durante la utilización de estas técnicas de ozonización es prácticamente inevitable la emisión de O3 residual que no ha reaccionado completamente con la materia orgánica o no ha llegado a autodescomponerse completamente junto con el resto de sustancias que pueden ser arrastradas por la corriente gaseosa. Por otra parte, determinados equipos pueden generar ozono durante su funcionamiento habitual en ambientes cerrados, como son las fotocopiadoras e impresoras láser, máquinas de fax, motores eléctricos, lámparas UV, etc. Por tanto, es necesario adoptar medidas para eliminar el ozono residual de estos procesos. Para la descomposición de ozono en fase gas siempre se utiliza la vía catalítica, pues aunque el ozono se descompone térmicamente, el proceso tiene un consumo energético considerable si se desea que la descomposición sea rápida, pues el gas debe calentarse por encima de 250ºC. Dentro de este marco, el Trabajo de Final de Máster se centra en el estudio cinético de la descomposición catalítica de ozono en fase gas empleando catalizadores de MnO2 soportado. Las características físico-químicas más importantes de los catalizadores empleados se determinan mediante técnicas de caracterización, como difracción de rayos X, emisión atómica (ICP) o técnicas de caracterización textural. La reacción de descomposición se lleva a cabo en un reactor de flujo pistón con lecho fijo, trabajando a una presión cercana a la atmosférica y a temperaturas suaves (entre 20 y 50ºC). El modelo cinético propuesto está basado en el anteriormente descrito por T. Oyama y transcurre a través de tres etapas: (i) la adsorción disociativa del ozono, (ii) una etapa de Eley-Rideal donde se forma un intermedio de peróxido adsorbido y (iii) la desorción del intermedio formando oxígeno molecular. Con los datos experimentales obtenidos se pretende determinar las constantes cinéticas y analizar el efecto de algunas variables, como la temperatura o la masa de catalizador, sobre el transcurso de la reacción.