Degradación de un colorante azoico en sistemas Fenton asistidos con ZVI de tamaño micro y nanométrico

BRUNO F. CARAM; JORGE A. DONADELLI; LUCIANO CARLOS; FERNANDO S. GARCÍA EINSCHLAG

Congreso; IV Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología Ambiental; 2019

SACyTA

Los procesos Fenton se encuentran dentro de los más estudiados para el tratamiento de aguas residuales debido a su capacidad de oxidar una amplia variedad de contaminantes empleando reactivos con bajo impacto ambiental.Las técnicas Fenton se basan en la producción de radicales hidroxilo (OH?), encargados de oxidar la materia orgánica, a partir de Fe(II) y H2O2.El proceso Fenton asistido por ZVI es una variante del proceso de Fenton en el que el Fe(II) es generado ?in situ? por la oxidación del hierro metálico (comúnmente llamado Zero Valent Iron o ZVI). Además, esta variante presenta la ventaja de introducir una nueva vía para la eliminación de contaminantes que implica procesos reductivos.Por otra parte, el uso de nanopartículas de hierro (nZVI) ha sido ampliamente estudiado para la reducción de varios contaminantes debido a su mayor reactividad en comparación con el hierro micrométrico convencional (pZVI). Su mayor reactividad permite actuar a valores de pH para los que otras fuentes de hierro son ineficientes.Para determinar las ventajas e inconvenientes de la utilización de nanopartículas en los tratamientos Fenton asistidos con ZVI, este trabajo propone estudiar ambas fuentes de hierro en diferentes condiciones para el tratamiento de un contaminante modelo: el 4-fenilazofenol (4-PAP), un colorante azoico ampliamente utilizado en la industria textil. En particular, este trabajo se enfoca en la competencia entre H2O2 y 4-PAP por el poder de reducción de ZVI y la dependencia de esta competencia con la fuente de ZVI utilizada. La degradación de 4-PAP se estudió a diferentes valores de pH y fue seguida mediante HPLC-DAD. A su vez, se monitorearon los productos de degradación mediante LC-MS para determinar las rutas de degradación involucrada en cada caso.Se identificaron dos vías de degradación, cuya importancia relativa depende de las condiciones de reacción. En los casos en los que no se añadió H2O2, el principal mecanismo involucrado fue la reducción del enlace azo con la formación de aminas. En esta condición, el nZVI mostró una mejor tasa de eliminación que el pZVI, particularmente a un pH cercano a la neutralidad, debido a su mayor área superficial. Cuando se agrega H2O2 aparece un mecanismo adicional que implica la oxidación del 4PAP mediada por los radicales HO? generados en la reacción de Fenton. Para el caso del pZVI, la adición de H2O2 produce una inhibición completa de la vía de reducción, siendo la oxidación el principal mecanismo de degradación. En el caso del nZVI, se encontró una gran diferencia según el pH estudiado. Cuando el pH inicial fue de 3.0, hubo una coexistencia entre los mecanismos de reducción y de oxidación. Para un pH inicial de 5.0, se observó una degradación muy pequeña de 4PAP mayormente asociada a la reducción de ZVI. La comprensión de los mecanismos de reacción y su dependencia con la fuente de ZVI permite la selección de la fuente más adecuada para un tratamiento específico.