"Purificacion de aguas contaminadas con nitratos a través de reactor continuo de lecho fijo

MENDOW, G.; MARCHESINI, A.; GROSSO, C.; QUERINI, C.A.

Mar del Plata

Congreso; VI Congreso Argentino De Ingeniería Química; 2010

AAIQ

El incremento en la concentración de nitratos en aguas subterráneas, debido a la creciente utilización de fertilizantes y a la descarga de aguas residuales industriales o domésticas, ha motivado en los últimos años numerosas investigaciones en busca de catalizadores que presenten una buena performance en la hidrogenación en fase líquida de nitratos. Dentro de la amplia variedad de catalizadores estudiados, los bimetálicos de Pd/Metal de Transición, soportados sobre óxidos inorgánicos como SiO2 o Al2O3, fueron los que exhibieron los mejores resultados en lo referente a selectividad y actividad. Los iones nitrato, nitrito y amonio son altamente nocivos para la salud en concentraciones superiores a 45 mg/L, 0,1 mg/L y 0.5 mg/L respectivamente. Está comprobado que estos compuestos pueden causar enfermedades como el síndrome de bebe azul o cáncer, de próstata en hombres y de ovarios en mujeres. Los nitratos por si solos no son nocivos para la salud, pero cuando estos son ingeridos, el cuerpo humano los reduce a nitritos y estos iones son los causantes de las enfermedades anteriormente nombradas. Actualmente, para la descontaminación de nitritos y nitratos en corrientes de agua que van a ser utilizadas para consumo, se utilizan diferentes procesos fisicoquímicos y biológicos, que presentan numerosas desventajas. Los primeros solo “remueven” los nitratos y nitritos del agua sin convertirlos en otra especie química, concentrándolos y generando un nuevo problema; mientras que los segundos son lentos y generan una gran cantidad de biomasa como subproducto. Más aún, ambos son muy costosos y requieren una ulterior purificación de los efluentes. Es por esto que la reducción catalítica en fase líquida se presenta como una de las mejores alternativas para potabilizar aguas contaminadas con este tipo de compuestos. El mecanismo de reacción, expresado en forma simplificada, se puede resumir de la siguiente manera: El mecanismo de la reducción catalítica es a través de la combinación de sitios activos en los catalizadores bimetálicos, donde el nitrato es reducido en el sitio activo formado por los dos metales y el nitrito generado es transformado en nitrógeno o en amonio en los sitios paladio, dependiendo de las condiciones del medio de reacción. El amonio es un subproducto indeseado obtenido por sobre-reducción, por lo cual una alta selectividad es necesaria. En cuanto a la preparación del catalizador Pd(1wt.%)In(0.25 wt.%)/SiO2, el Pd y el In fueron depositados sobre sílice por impregnación a humedad incipiente a partir de las soluciones obtenidas por disolución de In2O3 en HCl y PdCl2 como precursores de los metales, obteniendo cargas metálicas de 0.25 % In y de 1% Pd. Todas las muestras fueron calcinadas en aire. La actividad y selectividad de este catalizador fueron evaluadas en diferentes condiciones de reacción (flujo de hidrógeno, flujo de agua, pH, agente acidificante) en reactor continuo de lecho fijo, y verificadas en un reactor agitado, el cual opera en condiciones batch. Se observó que el catalizador Pd(1 wt.%)In(0.25 wt.%)/SiO2 es activo, pero presenta una alta selectividad hacia amonio cuando las conversiones de nitrato llega al 50%. La composición metálica del catalizador se modifica luego de la reducción y después del contacto con el medio de reacción. Estos cambios fueron observados por XPS (Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X) y TPR (Reducción a temperatura programada). Se evalúa además, la estabilidad del catalizador en experiencias de reacción de larga duración. Como conclusión se puede establecer que en catalizadores de Pd-In soportados sobre SiO2, la conversión aumenta en forma moderada con el caudal de H2, mientras que contrariamente a lo esperado, la selectividad hacia N2 se incrementa o permanece constante. Cuando se acidifica la solución de alimentación con CO2 se obtienen las mejores conversiones y selectividades. Los gradientes de pH muy marcados (o la alta cantidad de OH- en el lecho catalítico) favorecen la formación de amonio y nitritos, lo que provoca una marcada disminución de la selectividad hacia N2. Las experiencias realizadas en batch muestran que en estas condiciones, mantener el pH con HCl mejora notablemente la actividad del catalizador. Además el estudio en este tipo de reactor confirma la desactivación del catalizador utilizado en el proceso continuo.