Perfil Wella Y Tatiana.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

PROYECTO DE TESIS

TITULO:

“DEGRADACIÓN DEL ANARANJADO DE METILO CON EN PRESENCIA DE ZnO”

AUTORES:

SAGUMA MORENO, TATIANA MARGOT VIDAL URQUIZA, WELLA HARDY

ASESOR:

Dr. CROSWEL AGUILAR QUIROZ

TRUJILLO – PERU 2012

RADIACIÓN SOLAR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA

I. GENERALIDADES 1. TITULO: “DEGRADACIÓN DEL ANARANJADO DE METILO CON RADIACIÓN SOLAR EN PRESENCIA DE ZnO”

2. TIPO DE INVESTIGACIÓN Investigación básica Investigación aplicada Desarrollo Tecnológico Innovación

 b n n m

3. PERSONAL INVESTIGADOR: Investigador 1

SAGUMA MORENO TATIANA MARGOT

Cargo en el proyecto Facultad y Departamento Académico Teléfono

Investigador Responsable

Investigador 2

Vidal Urquiza Wella Hardy

Cargo en el proyecto Facultad y Departamento Académico Teléfono

Investigador Responsable

Facultad de ingeniería Química- Departamento de Ingeniería Química 948243758

Email:[email protected]

Facultad de ingeniería Química- Escuela de Ingeniería Química 948360567

E-mail: [email protected]

4. Asesor: Dr. Croswel Aguilar Quiroz 5. Área de Investigación/ disciplina científica Ambiental 6. Línea: Catálisis 7. Lugar de ejecución del proyecto  Laboratorio de Catálisis Adsorbentes y Materiales, Facultad de Ingeniería Química.  Ciudad Universitaria, Av. Juan Pablo II s/n . Trujillo, Departamento de la Libertad.

8. Duración del proyecto DEL: ABRIL del 2012. AL: setiembre del 2012. 9. Cronograma de ejecución del proyecto: Etapas

Inicio

a. Recolección de 01/04/12 datos. b. Análisis de 01/07/12 resultados. 01/09/12 c. Redacción del informe.

10.Recursos disponibles: a. Personal: a.1. Investigadores: Autores del proyecto. a.2. De Apoyo: Asesor. b. Materiales y Equipos: b.1 Materiales y equipos de laboratorio: b.1.1 Materiales de Vidrio:  2 Fiolas de 50 ml  2 Fiolas de 100 ml  1 Fiola de 500 ml  1 Fiola de 1000 ml  2 Pipetas graduadas 10 ml (pírex)  1 Pipeta graduada 1 ml (pírex)  5 Embudos

Término

Dedicación semanal (Horas).

31/06/12

20 HORAS

31/08/12

30 HORAS

31/09/12 20 HORAS

 15 tubos de ensayo de 10 ml.

b.1.2. Otros materiales:  Pizeta (plástico).  Cubetas de plástico para espectrofotómetro.  Papel filtro  1 Tomacorriente de 10 m.  1 Espátula

b.1.3.Equipos:  4 Agitadores magnéticos.  1 Balanza Analítica, Sarturius, BT-210S +/- 0.0001g, capacidad 210 g.  1 Espectrofotómetro marca Prim.  1 Centrifugadora

b.2 materiales que no cuenta el laboratorio:  Frascos de vidrio.  1 Botella color ámbar de 1L.  Plástico film.  Papel tissue.

c. Reactivos  Oxido de zinc  Agua destilada  Anaranjado de metilo 11.Locales: Laboratorios de la Escuela de Ingeniería Química .Sede de la UNT, Av. Juan Pablo II s/n- Distrito de Trujillo- Provincia de Trujillo- Departamento de La Libertad. 12.Presupuesto: 12.1 Bienes:

12.1.1 Bienes disponibles: Cód. Descripción Partida

2.3.15.12

Cantidad

Papelería en general. Útiles y materiales de oficina. SUB TOTAL

150 150

12.1.2 Bienes no disponibles: Descripción Cód. Partida 2.3.15.1 5.3.11.51 2.3.199.12

Cantidad

Bienes de consumo: mobiliario, CD, material grafico, etc. Equipamiento y bienes duraderos Compra de productos químicos. SUB TOTAL

Pasajes y gastos transporte: local SUB TOTAL

12.2.2 Servicios No Disponibles: Cód. Descripción Partida

Costo S/. 150 400 200

750

12.2 Servicios: 12.2.1 Servicios Disponibles: Cód. Descripción Partida 2.3.21.2

Costo S/.

Cantidad

de

Costo S/. 240 240

Cantidad

Costo S/.

2.3.22.44.

Servicio de impresiones, Encuadernación, y Empastado. SUB TOTAL

100

100

Presupuesto total: Disponible: s/.390 No Disponible: s/.850 Total: s/.1240

13.Financiamiento del presupuesto no disponible: Con recursos propios de los investigadores. 14.Resumen del proyecto Se estudia la degradación del anaranjado de metilo en presencia de óxido de zinc y radiación con luz solar. Las variables investigadas son el tiempo, concentración de anaranjado de metilo y concentración de ZnO evalúandose cada una de ellas en función del porcentaje de degradación del anaranjado de metilo. Se espera tener resultados que permitan proponer al ZnO como un compuesto alternativo al TiO2. La degradación del colorante se mide en un espectrofotómetro Uv-visible

II. PLAN DE INVESTIGACIÓN ANTECEDENTES La escasez del agua disponible para el consumo humano y la desigualad de su distribución por todo el planeta, constituye uno de los problemas de la humanidad. Patricia Pizarro, 2005.

El agua es abundante en la tierra; sin embargo, el 97,5% del agua es salada. El 2,5% restante es agua dulce, el 70% está congelado en los casquetes polares y el resto está principalmente en forma de humedad y acuíferos subterráneos. Para uso humano menos del 1% de los recursos mundiales de agua dulce están disponibles (OMS, 2002). Sixto Malato 2003. Las aguas residuales procedentes de las zonas urbanas y actividades derivadas de las mismas, se han vertido tradicionalmente a los cauces de los ríos y mares, asumiéndose que su capacidad de asimilación es suficiente para evitar el efecto perjudicial de los agentes contaminantes sobre los ecosistemas. Sin embargo, en la actualidad el crecimiento de la población, el continuo desarrollo industrial y su diversificación, están ocasionando un aumento de la carga contaminante. Esta corresponde a vertidos industriales (incluso en pequeñas cantidades), el uso excesivo de pesticidas, herbicidas, fungicidas, fertilizantes (agroquímicos), detergentes, colorantes, que llevan a la contaminación ambiental grave. Didier Robert, 2001.

Los métodos convencionales de tratamiento para la purificación de las aguas están en función de las características fisicoquímicas y/o biológicas de los contaminantes, siendo los más utilizados: electrodiálisis, intercambio iónico, neutralización, osmosis inversa, oxidación-reducción, precipitación química, tratamiento biológico natural, tratamiento biológico asistido, adsorción química, oxidación química. Patricia Pizarro, 2005.

Para aquellos compuestos que no son posibles eliminarlos por métodos convencionales como los compuestos refractarios, entre estos están los organohalogenados. Se utilizan alternativas como las Tecnologías Avanzadas de Oxidación (TAO), que se caracterizan por la posibilidad de mineralizar las sustancias contaminantes sin generar subproductos tóxicos. Además, a diferencia de la mayoría de los métodos tradicionales, las TAOs presentan una alta capacidad para la destrucción de multitud de contaminantes, incluso de aquellos refractarios a otros procesos, siendo efectivos a concentraciones bajas de contaminantes (hasta ppb) Blesa, 2001

La degradación de los compuestos orgánicos se basa en la actividad de los radicales OH- que son fuertemente oxidantes. Toshiyuki Oyama, 2004. En función del mecanismo de generación de los radicales •OH y de la utilización de agentes reactivos adicionales, pueden distinguirse diversos procesos dentro de las Tecnologías Avanzadas de Oxidación, que a su vez se clasifican en dos grupos principales . Blesa, 2001 -

No fotoquímicos.- El radical hidroxilo es generado por cualquier vía que implique el uso de

especies químicas o de energía que no sea radiación

luminosa. A este grupo pertenecen procesos como la ozonización en medio alcalino (O3/OH–) o con peróxido de hidrógeno (O3/H2O2), procesos Fenton (Fe2+/H2O2), oxidación electroquímica, radiólisis y tratamiento con haces de electrones, plasma no térmico, descarga electrohidráulica y ultrasonidos, oxidación en agua sub/supercrítica.

-

Fotoquímicos.-La luz puede desempeñar un doble papel, causando la destrucción directa

de los contaminantes (fotólisis), o como activador de los

procesos de generación de radicales •OH y otras especies reactivas (fotocatálisis heterogénea). En cualquier caso, su uso supone un aumento de la velocidad de las reacciones químicas de purificación respecto a los procesos equivalentes en ausencia de irradiación. Otros beneficios son la minimización o eliminación del uso de ozono y sus riesgos inherentes, la

reducción de los costes de operación, una mayor versatilidad y la posibilidad de trabajar en condiciones próximas a las naturales. Por todo esto, muchas de estas tecnologías están, hoy en día, parcial o totalmente implantadas. Las variantes existentes son: fotólisis del agua en ultravioleta de vacío (UVV), ultravioleta con peróxido de hidrógeno (UV/H2O2), ultravioleta con ozono (UV/O3), foto-Fenton y fotocatálisis heterogénea (con UV y con luz solar).

De los métodos antes nombrados, la fotocatálisis heterogénea constituye una tecnología prometedora para la remediación de aguas contaminadas. Patricia Pizarro, 2005.

Las industrias están orientándose a utilizar este tratamiento con luz solar, dado que la luz solar es una fuente de energía limpia y abundante. Jum Suk Jang, 2007.

Este método se puede considerar como una solución ideal para contrarrestar los problemas del medio ambiente y consumo de energía; que se requiere para la obtención de H2O2 en el proceso Foto/fenton, O3 en la ozonólisis, etc.

Son diferentes los catalizadores usados en fotocatálisis, dependiendo de las condiciones de tratamiento. Para la mayoría de las aplicaciones, los óxidos de metal son los más adecuados por ser más resistentes al envenenamiento. Además, la combinación de dos o más catalizadores de óxido de metal puede mejorar la selectividad y actividad catalítica. Kochetkova et al. 1992

El TiO2 es hasta ahora el material con más actividad y el que se utiliza en fotocatálisis, debido a sus excepcionales propiedades ópticas y electrónicas, estabilidad química, no toxicidad y bajo costo. Marta I. Litter, 1999.

El TiO2 por ser biológica y químicamente inerte, resistente a la fotocorrosión y corrosión química. Pirkanniemi Kari, 2002. y por tener

una

actividad

fotocatalítica es utilizado en procesos fotocataliticos para la purificación de aguas que contienen compuestos orgánicos tóxicos. S. Rengaraj, 2005

El TiO2 es utilizado para la degradación de diferentes compuestos orgánicos con radiación UV. Ana M.Peiró ,estudió la degradación por fotocatálisis heterogénea de cuatro compuestos orgánicos de tipo fenólico (fenol, catecol, guayacol ,2-clorofenol) que se encuentra presente en aguas residuales de la industria papelera; utilizando TiO2 como catalizador y luz UV , permitiendo eliminar completamente

del medio de reacción

cada uno de los cuatros

compuestos fenólicos. Okamoto et al., comprobó la degradación de 2,4,6triclorfenol

en más del 95% ;

en una

disolución acuosa

de Ag-TiO2

después de un tiempo de 120 minutos de reacción con irradiación UV-A .

Didier Robert, 2001, la parte limitada del espectro solar (‫ג‬-400 nm) que se puede utilizar en la fotocatálisis con TiO2 puede ser una desventaja, pero se justifica al ser una fuente de energía muy barata y abundante. Fang Yan-fen, 2006, mostró en su investigación que el fotocatalizador presenta buena fotoactividad cuando la luz solar fue usada como fuente, las suspensiones irradiadas de SRB/Ti02 finalmente disminuyeron en 95,0%, 93,4% y 82,0% para la luz UV, la energía solar, y visible, respectivamente. Kari Pirkanniemi, 2002, la luz del sol e incluso la luz visible (‫ > ג‬420 nm) han sido usadas con éxito para la degradación fotocatalítica de varias moléculas de colorante (Liu et al, 1999, Wu et al, 1999 a, b, 2000). Domínguez et al. , la adición de hierro férrico a una solución de TiO2 permite el uso de radiación solar en vez de la radiación UV.

Toshiyuki Oyama, 2004, estudió

a

un típico detergente comercial cuya

biodegradación es muy lenta se fotodegrada bastante rápido bajo condiciones de irradiación de luz solar concentrada. Las velocidades de carga y de flujo del TiO2 influyen en el proceso de degradación. El presente estudio

demuestra que una carga de TiO2 de 6 gl-1 y un caudal de 4,9 lmin_1 son los parámetros prácticos de funcionamiento.

Fang Yan,2006, estudió la degradación de colorante en solución acuosa de TiO2 en diferentes régimen de luz ; la luz UV , la luz solar , luz visible obteniendo así la mayor degradación cuando se utiliza radiación UV y luz solar.

La

degradación

con

luz

visible

podría

mejorar

con

bajas

concentraciones de H2O2.

Trabajos con otro tipo de óxidos, también han sido desarrollados, como es el caso del ZnO.

El óxido de zinc (ZnO) se utiliza ampliamente en muchos procesos de fabricación

industriales,

incluyendo

pinturas,

cosméticos,

productos

farmacéuticos, plásticos, pilas, equipos eléctricos, caucho, jabones, textiles y revestimientos para el suelo. Las propiedades interesantes de óxido de zinc han atraído la atención de muchos investigadores en los últimos años. Este semiconductor de banda prohibida ancha (de 3.37 eV a temperatura ambiente) puede tener numerosas posibles aplicaciones, particularmente en forma de películas delgadas, nanocables, nanorods, o nano partículas. HueyShya, Rohana, 2011.

Este compuesto exhibe también propiedades piezoeléctricas, lo que lo hace útil para la fabricación de transductores y dispositivos miniaturizados electromecánicos. J. L. Deschanvres et at, 1992.

Otras aplicaciones del ZnO han sido estudiadas. Emad S. et at 2009, estudió la degradación fotocatalítica de la amoxicilina, ampicilina y cloxacilina con UV / ZnO, obteniendo como resultados

el aumento de la liberación de

carbono orgánico (mineralización) al aumentar el tiempo de iluminación, la

concentración de ZnO y el pH. Se observó que el 9,7% de COD fue eliminado bajo condiciones de funcionamiento óptimas.

R.Y. Hong, et al., 2009, semiconductores como el TiO2 y ZnO, han atraído una amplia atención como

fotocatalizadores para la degradación de

contaminantes orgánicos en el agua y el aire bajo irradiación UV.

Huey-Shya, Rohana, 2011, estudió los usos de ZnO como un material para degradación fotocatalítica de contaminantes ambientales. También ha sido ampliamente estudiado debido a su naturaleza no tóxica, de bajo coste y alta actividad.

Ghazi Yousef Mustafa, 2009, la alta capacidad de absorción del ZnO hace que sea foto-catalizador eficiente bajo la luz solar directa.

C. Lizama et al. 2002, estudiaron la decoloración fotocatalítica del Reactivo Azul 19 (RB-19) en soluciones acuosas que contienen TiO 2 o ZnO como catalizadores y concluyeron que el ZnO es un catalizador más eficaz que TiO2 en la eliminación del color del RB-19.

Daneshvar et al. 2003, investigaron que el ZnO es una alternativa adecuada para el TiO2 en la degradación de Acido Red 14, un colorante azoico, ya que ha sido demostrado que su mecanismo de fotodegradación es similar al del TiO2.

La mayor ventaja del ZnO es que absorbe una fracción mayor del espectro de la energía solar que el TiO2. Por esta razón, el fotocatalizador ZnO es los más adecuados para la degradación fotocatalítica en presencia de la luz del sol. S.Sakthivel et al. 2003.

Wang et al. 2005. Investigó la actividad fotocatalítica

de una mezcla

preparada con ZnO/TiO2/SnO2 para la decoloración del anaranjado de metilo a la luz ultravioleta y encontró que esta mezcla era fotocatalíticamente más activa que el TiO2 y SnO2, pero un poco menos activa que el ZnO.

El colorante anaranjado de metilo es utilizado como molécula de prueba para estudios de degradación fotocatalítica, por su sensibilidad y por que también es empleado en la industria de colorantes. Enríquez Rosado, 1998,

El anaranjado de metilo (MO) es un colorante azoico, y tiene una variedad de usos en la industria textil, alimentos, pulpa de papel, y cuero. La liberación de este tinte de complejo y sus productos causan problemas de toxicidad en el ambiente. M. Muruganandham, 2004.

El naranjado de metilo es un compuesto orgánico empleado en la industria textil como colorante, se ha demostrado que no es biodegradable en presencia de agua y por esta

razón se propone como alternativa su

eliminación de efluentes acuosos. M. Estrada ,2010

S.K. Kansal, 2006. Estudió la degradación de dos colorantes comerciales, anaranjado de metilo y Rodamina 6G con diferentes semiconductores, comparando la actividad fotocatalítica indicado claramente que el ZnO fue el fotocatalizador más activo para la decoloración del MO y R6G. Además, la actividad fotocatalítica del ZnO es mayor en presencia de la energía de la luz solar, en comparación con la luz UV.

Los resultados experimentales indican que la decoloración de los tintes se facilita en la presencia de un catalizador. La tasa inicial de foto decoloración aumentó con el aumento de la dosis de catalizador hasta una cantidad óptima. Un mayor incremento en la dosis de catalizador no mostró efecto

alguno. A medida que la concentración inicial de los tintes se incrementó, la tasa de decoloración disminuyó en cada colorante. Kansal, 2006

Los estudios de Kansal, 2006, muestran que es posible utilizar el ZnO como una alternativa al TiO2, para la degradación del anaranjado de metilo. Sin embargo, el desarrollo de dicha técnica y su aplicabilidad no han sido muy estudiados, por lo que se hace necesario continuar el estudio del ZnO como fotocatalizador para la degradación de compuestos orgánicos que son utilizados como colorantes en la industria.

2. JUSTIFICACIÓN Es necesario un sistema de tratamiento que degrade compuestos orgánicos en aguas residuales y el tratamiento por fotocatálisis solar es una alternativa limpia que daría solución a los problemas de contaminación por efluentes industriales. Se espera obtener un sistema catalítico capaz de ser un patrón para desarrollar otros catalizadores y aplicarlos a compuestos orgánicos más complejos y/o difíciles de degradar. El sector beneficiado es el sector industrial, ya que el tratamiento propuesto es económico y se minimizarían costos de proceso. 4. PROBLEMA ¿Sería posible degradar anaranjado de metilo utilizando ZnO en presencia de luz solar?

5. HIPÓTESIS Si el ZnO por sus características ha sido utilizado conjuntamente con el TiO 2 en la degradación de compuestos orgánicos, entonces sería posible que el ZnO solo, degrade el anaranjado de metilo que es un compuesto orgánico en presencia de luz solar.

5. OBJETIVOS: -Estudiar la actividad fotocatalítica del ZnO en la degradación del anaranjado de metilo. -Estudiar la influencia de las variables: tiempo, concentración de ZnO, % de degradación. 6. METODOLOGÍA DE TRABAJO: Los ensayos se realizaran de acuerdo al siguiente esquema:

a) Realizar la curva de calibración del espectrofotómetro para diferentes concentraciones de anaranjado de metilo. b) Preparar soluciones de anaranjado de metilo de diferentes concentraciones a estudiar. c) Colocar las soluciones de anaranjado de metilo en frascos de vidrio y ponerlas sobre un agitador magnético. d) Adicionar el ZnO taparlos con un parafilm e) Agitar el sistema si el ensayo así lo requiere. f) Exponer las muestras a la radiación solar. g) Extraer volúmenes pequeños de solución a diferentes tiempos de exposición. h) Se realizan diluciones de ser necesario. i) Medir la concentración del colorante en un espectrofotómetro. j) Analizar los resultados.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: 

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