Estudio del proceso tipo electro-Fenton en presencia de ácido hipocloroso generado electrocatalíticamente y Fe(II) durante la incineración de compuestos farmacéuticos en soluciones acuosas

Abstract

La crisis de agua que se tiene actualmente a nivel mundial ha llevado a la búsqueda de soluciones que contribuyan a disminuir su contaminación. Actualmente existe una amplia variedad de contaminantes orgánicos persistentes (COPs) detectados en el ambiente, dentro de los que se encuentran los compuestos farmacéuticos. Estos compuestos son considerados como contaminantes emergentes ya que actualmente no se tiene una regulación que limite su eliminación, resultando una fuente de contaminación difícil de prevenir. En este sentido, es importante el desarrollo de tecnologías que permitan su eliminación teniendo como principal objetivo disminuir los efectos negativos que estos pueden ocasionar. Una alternativa prometedora para la eliminación de esta clase de contaminantes son los procesos electroquímicos de oxidación avanzada (PEOAs), cuya capacidad de eliminación de COPs ha sido ampliamente estudiada, mostrando buenos resultados. Este trabajo trata sobre el estudio de un proceso Tipo Fenton donde el peróxido de hidrógeno (H2O2) de la reacción de Fenton convencional es sustituido por ácido hipocloroso (HClO) para la generación de radicales hidroxilo (•OH) en el seno de la solución. Este proceso se empleó para el tratamiento de dos antibióticos, Sulfametoxazol (SMX) y Norfloxacino (NFX). Previo a los ensayos de degradación se planteó el modelo para la acumulación de HClO resolviendo las ecuaciones de transporte de masa acopladas a las ecuaciones de potencial y corriente. Los resultados obtenidos de las simulaciones se validaron con datos experimentales obtenidos de pruebas de acumulación de HClO en una planta de flujo equipada con un reactor FM01-LC acoplado a un tanque de recirculación, en estas pruebas se utilizó un ánodo de óxidos metálicos Ti|Ir-Sn-Ru, un cátodo de acero inoxidable y se colocó un promotor de turbulencia en el espacio entre electrodos. De la solución del modelo planteado fue posible obtener la distribución de concentración a lo largo del canal, correspondiente a la concentración en el seno de la solución, además, se obtuvo la distribución de la concentración en las zonas cercanas al electrodo de trabajo. De este análisis se observaron gradientes de concentración más significativos en dirección al ánodo, donde la especie electroactiva es consumida por la reacción electroquímica. Asimismo, se obtuvo la influencia de la reacción secundaria de evolución de oxígeno en las eficiencias de corriente, mostrando que un 75% de la corriente es atribuido a dicha reacción. Los mejores resultados en términos de acumulación de HClO y eficiencias de corriente se obtuvieron para una concentración inicial de 35 mM Cl-, una densidad de corriente de 20 mA cm-2, obteniendo valores de 12.2 mM HClO y una eficiencia del 23%. La degradación del SMX se llevó a cabo mediante el proceso tipo electro-Fenton empleando una lámpara UVA. Las pruebas fueron realizadas para el tratamiento de 3 L de una solución de concentración 0.208 mM NFX (25 mg L-1 COT), empleando dos medios de composición 35 mM NaCl + 25 mM Na2SO4 y 15 mM NaCl + 45 mM Na2SO4, a pH 3, a un flujo de 180 L h-1 . En estos estudios se evaluó la influencia de la densidad de corriente y la concentración de catalizador, obteniendo una máxima eliminación de COT del 59% a j = 15 mA cm-2 y 0.4 mM Fe2+ y una concentración de 15 mM NaCl. Por otro lado, se llevó a cabo la degradación del compuesto NFX mediante el proceso tipo electro-Fenton haciendo uso de la luz solar como fuente de radiación UVA. Los ensayos se realizaron empleando un medio de composición 15 mM NaCl + 45 mM Na2SO4, evaluando la influencia de la densidad de corriente, la concentración de catalizador y la concentración inicial de NFX. Asimismo, se realizaron estudios comparativos de degradación mediante los procesos oxidación anódica (OA-HClO), electro-Fenton (EFHClO) y fotoelectro-Fenton (FEF-HClO). Por último, se llevó a cabo la degradación del NFX empleando agua residual real proveniente de un tratamiento secundario. Una mayor eliminación se obtuvo a una densidad de corriente de 15 mA cm-2 y 0.4 mM Fe2+ alcanzando una remoción de COT de 46% con una eficiencia de corriente del 34%.