Oxidacion De Un Colorante.docx

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Protección Ambiental II Profesora: Luz María Lazcano Arriola GUIÓN 3: Oxidación Química de un colorante

Alumnas: Álvarez Martínez Andrea Hernández Rivera Mariana López Ángeles Arantxa Fecha de Entrega: 04 de Abril del 2016 Semestre: 2016-2

GUIÓN 3: OXIDACIÓN QUÍMICA DE UN COLORANTE Objetivo: Establecer las condiciones de reacción de pH y producción de ozono en la remoción del color remanente de un agua sintética generando la menor cantidad de ozono residual. INTRODUCCIÓN: Las aguas residuales industriales o a las aguas subterráneas contaminadas contienen con frecuencia sustancias orgánicas no biodegradables. Entre estas se incluyen, por ejemplo, los hidrocarburos clorados. Estas sustancias se pueden oxidar químicamente logrando así su eliminación. En una oxidación participan siempre dos componentes: la sustancia a oxidar y el oxidante. El oxidante capta electrones, reduciéndose, mientras que la sustancia a oxidar cede los protones. La oxidación de sustancias orgánicas tiene lugar por etapas, con formación a productos intermedio. Se habla de oxidación avanzada cuando se utilizan radicales hidroxilo (radicales OH) como oxidante. La característica fundamental de los radicales es la existencia de un electrón libre único en lugar de una pareja de electrones. Este electrón confiere al radical OH su gran reactividad. Los radicales OH son agentes oxidantes muy potentes que son capaces de oxidar casi cualquier sustancia orgánica. Los colorantes son sustancias que incorporadas a determinados productos sirven para teñirlos o darlos color; su estructura consta de tres partes: el grupo cromóforo, el grupo auxocromo, y el resto de la cadena como se muestra en la figura siguiente:

El grupo cromóforo es propiamente el grupo responsable del color, el auxocromo complementa acción anterior, mientras que el resto de la cadena puede presentar diferentes estructuras y define otras propiedades del colorante tales como la solubilidad y la capacidad de fijación.1 El proceso de oxidación que se llevo a cabo fue el de ozonación,, es decir el proceso en el que el ozono en solución acuosa puede reaccionar con la mayoría de los contaminantes que se encuentran en las aguas residuales indutriales de dos diferentes maneras: 1

http://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/32177/1/masteraigua_1112_AlexandraBlanco.pdf

1. Por reacción directa del ozono molecular

2. Por reacción de las especies formadas por la descomposición del ozono en el agua (radicales libres) El tratamiento de aguas con ozono se puede aplicar a: Desinfección bacteriana, control de algas oxidación de compuestos orgánicos e inorgánicos, remoción de color, sabor y olor, remoción de sólidos suspendidos y pretratamiento en procesos biológicos. METODOLOGÍA PARTE A: Ozonación a pH ácido (3.48) 1)Pesar con precisión 0.75 g de colorante (azul mezclilla) y disolverlo en litro de agua destilada.

2) Calibrar el medidor de pH y medir el pH de la solución.

6) Asegurarse de que la línea que sale del generador de ozono y que va hacia la columna esté obstruida, utilizar una válvula check de no retorno para evitar que el líquido regrese al equipo.

7) Colocar 500 ml de la solución de KI en cada uno de los colectores de gases.

5) Montar el equipo como se muestra en la Fig. 2.

8) Llenar la columna con 500 ml de la solución de colorante preparada.

11) Poner en marcha el generador de ozono y establecer el porcentaje de conversión del 50%.

3) Establecer el pH de la solución entre 3 y 3.5. Agregar H2SO4 1N o NaOH para ajustar el pH requerido

4) Preparar 1 L de una solución de Ioduro de Potasio al 2% peso.

9) Abrir el cilindro de oxígeno y fijar la presión de salida en el regulador a 40 psi.

10) Antes de suministrar el ozono producido a la columna se deberá estabilizar el sistema. Para lo cual se debe asegurar que la línea que va del generador de ozono a la columna esté obstruida y que el gas (ozono) esté conectado al primer colector de gases.

12) Suministrar de 15 a 20 ml/min el flujo de oxígeno; lo anterior para generar el ozono producido.

13) Esperar de 10 a 15 minutos para que se estabilice el sistema en la producción de ozono.

16) Una vez terminado el experimento, apagar el generador de ozono y cerrar el tanque de oxígeno.

17) Determinar el valor de la absorbancia a 620 nm en el espectrofotómetro de UV-Vis de las muestras colectadas de la columna.

14) Dejar pasar el flujo del ozono a la columna y tomar el tiempo en que inicia la reacción.

15) Llevar a cabo la oxidación del colorante durante 15 minutos aproximadamente. Tomar muestras de 5 ml en la salida del sistema cada minuto y otra muestra de 50 ml de a solución de KI del segundo colector de gas cada tres minutos.

18) A cada muestra colectada del segundo lavador de gases, adicionar 5 ml de una solución de ácido sulfúrico 1 N y titular con la solución de tiosulfato de sodio hasta el vire amarillo pálido transparente.

Fig. 2 Diagrama de Flujo para la Reacción de oxidación

19) Registrar los resultados obtenidos de absorbancia y volumen de tiosulfato de sodio titulado.

PARTE B: Ozonación a pH básico 1)Para el desarrollo de esta parte del experimento realizar el mismo procedimiento pero la solución del colorante deberá ajustarse a un pH de 10 a 10.5 Utilizar la solución de NaOH para ajustar el pH.

2) Registrar los resultados de Absorbancia y a pH básico en la Tabla 2.

3) Determinar el valor de las concentraciones con la curva de calibración para los experimentos a pH ácido y básico.

Fig 3. Solución de KI en el segundo colector

RESULTADOS Tabla 1. Resultados de la solución a pH ácido

Tabla 2. Resultados de la solución de colorante a pH básico

CÁLCULOS: Las concentraciones obtenidas se obtuvieron despejando x a partir de la ecuación de recta calculada en la curva de calibración: Curva de Calibración para el colorante 1.6

y= 0.0014x + 0.0029 R2 = 0.9991

Aborbancia

1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

200

400

600

800

1000

1200

Con. Colorante (mg/L)

Y=0.0014x +0.0029 quedando de la siguiente manera 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒙 =

Ejemplo de Cálculo:

(𝒚 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟗) 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟒



Para tiempo 0, solución ácida y absorbancia = 1.689 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒙 =



(𝟏. 𝟔𝟖𝟗 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟗) = 𝟏𝟐𝟎𝟒. 𝟑𝟓𝟕𝟏𝟒𝟑 𝒎𝒈/𝑳 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟒

Para tiempo 0, solución básica y absorbancia = 1.766 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒙 =

(𝟏. 𝟕𝟔𝟔 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟗) = 𝟏𝟐𝟓𝟗. 𝟑𝟓𝟏𝟕𝟒 𝒎𝒈/𝑳 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟒

GRÁFICAS: Gráfica 1 Y 2. Concentración del colorante vs tiempo (pH ácido & básico)

Gráficas 1 y 2. Concentración Vs t 1400 1200

C(mg/L)

1000 800 pH Básico

600

pH Ácido

400 200 0 0

5

10

15

20

25

t (min)

CUESTIONARIO: 1. ¿Se observó alguna diferencia en la solución con colorante durante el desarrollo de los dos experimentos?

2. Con base en la respuesta de la pregunta anterior, describa el comportamiento de la reacción de ozono en medio acuoso.

3. ¿Cómo es el comportamiento de la concentración del colorante durante la oxidación con respecto al tiempo a los dos valores de pH?

4. ¿Existe alguna diferencia en la cantidad de ozono residual (ozono no consumido) para los dos experimentos? Justifique su respuesta.

5. ¿Explique cómo es la relación del ozono residual con respecto a la variación de la concentración del colorante para los procesos a pH diferentes?

6. Con base en la respuesta anterior, ¿cuál es la causa de ese comportamiento?

7. ¿Cómo es la variación del consumo de ozono durante la reacción al llevar a cabo la ozonación para los dos experimentos?

8. ¿A qué condiciones de operación se obtienen las mejores remociones con la menor cantidad de ozono residual?

CONCLUSIONES:

REFERENCIAS: http://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/32177/1/masteraigua_1112_AlexandraBlanc o.pdf