Decoloración fotocatalítica del colorante orange ii mediante uso de ceniza volante

Abstract

En Colombia existen diversas industrias como la textil, gráfica, alimentos entre otras, las cuales generan vertimientos que en algunas ocasiones son tratados de manera inadecuada y en otras son vertidos directamente a las redes de alcantarillado y/o cuerpos de agua cercanos a las industrias, ocasionando un impacto ambiental negativo en los ecosistemas. Las industrias que realizan tratamiento a este tipo de vertimientos por lo general implementan procesos físicos, químicos y/o biológicos que si bien pueden llegar a ser muy eficientes para algunos contaminantes, no logran depurar los colorantes por su alta estabilidad y resistencia. Ante esta limitante, los procesos de oxidación avanzada (POAs) se convierten en una alternativa para tratar este tipo de contaminantes y complementar el tratamiento integral de los vertimientos. Dentro de los POAs se encuentran los procesos fotocatalíticos los cuales generan especies que oxidan la materia orgánica y originan la degradación de los contaminantes altamente refractarios, es por ello que se consideró evaluar un proceso fotocatalítico usando como catalizador ceniza volante, proveniente de la industria energética, la cual es considerada un subproducto sin valor, como una posible alternativa para tratar este tipo de vertimientos y así contribuir con el cumplimiento de la normatividad vigente en el país en materia de vertimientos y mitigar el impacto ambiental. Para el presente trabajo se seleccionó como molécula modelo el pigmento Orange II que posee propiedades fisicoquímicas características de algunos colorantes usados en estas industrias para realizar los ensayos experimentales de decoloración. Inicialmente se realizó una identificación y caracterización de la ceniza volante usando técnicas de fluorescencia de rayos x (XRF), difracción de rayos x (XRD) y morfología, posteriormente se configuró un diseño de experimentos usando el software MiniTab con el cual se generaron unos experimentos para decolorar el pigmento Orange II bajo diferentes condiciones de proceso, el seguimiento de la decoloración se realizó midiendo la absorbancia. Finalmente con las mejores condiciones de la decoloración encontradas se realizó fotodecoloración a una muestra de agua residual industrial real.

Abstract. In Colombia, several industry segments such as the textile, graphic, and the food industry, among others, generate wastewater discharges that are not always subject to treatment processes or that are treated inappropriately, or that are directly discharged to sewer networks and/or water bodies located near these companies, causing a negative environmental impact on ecosystems. The companies that perform treatments on wastewater usually implement either physical, chemical and/or biological treatment processes. Oftentimes, these processes can be very efficient at removing some pollutants. However, they fail to efficiently treat dyes as a consequence of their high chemical stability and chemical strength. Given this limitation, the Advanced Oxidation Processes (AOPs) become an alternative to treating these pollutants and to enhancing the overall efficiency of the treating process. Among the AOPs, the photocatalytic processes generate chemicals that oxidize organic matter and cause the deterioration of highly refractory pollutants. In this work, the evaluation of a photocatalytic process is studied using fly ash as catalytic element. Fly ash is a low-cost byproduct from the energy sector and its appropriateness as an alternative for treating wastewaters is studied in an attempt to contribute to the compliance with the current regulations in Colombia in terms of wastewater discharges and to mitigate the environmental impact of industrial activities. In the present work, the Orange II pigment was selected as a model molecule due to the fact that it possesses many of the characteristic physicochemical properties of the dyes typically used in these industries for experimental tests on photodegradation. Fly ash was initially identified and characterized using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and morphology analysis. A set design of experiments using Minitab software was subsequently performed in order to photodegrade the Orange II dye under different processing conditions. Absorbance was measured to test the degree of degradation of this pigment. Finally, the best degradation conditions were selected and the photodegradation process was tested on a sample of real industrial wastewater.