Complejación de Fe(III) o Cu(II) con Alizarina en procesos Fenton

BRUNO CARAM; MARIANA R. COSTANTE; SOFÍA SOMMA; FERNANDO S. GARCÍA EINSCHLAG

CABA

Congreso; Argentina y Ambiente 2015 "Enfoques Interdisciplinarios para la Sustentabilidad del Ambiente"; 2015

Introducción: En el presente trabajo se compararon las eficiencias de Fe(III) y de Cu(II) para catalizar la oxidación del colorante antraquinónico Alizarina Roja S (AR) en presencia de H2O2. Inicialmente se analizó la complejación entre AR y los catalizadores Cu(II) o Fe(III), tanto en ausencia como en presencia de H2O2. Posteriormente se estudió la influencia de la complejación en las cinéticas de decoloración del sustrato.Metodología: De acuerdo con estudios previos se seleccionaron diferentes condiciones de trabajo para cada catalizador: con Fe(III) los ensayos se hicieron a pH=3.0 y 20 ºC, mientras que con Cu(II) se trabajó a pH=6.0 y 65ºC. En el dominio experimental estudiado la AR presenta dos formas ácido-base con un pKa=5.8. Las formas protonada y deprotonada exhiben bandas con máximos en el espectro UV-Vis ubicados a 422 nm y 517 nm, respectivamente. Por otro lado, en presencia de Fe(III) o Cu(II) se observaron importantes cambios espectrales. Para caracterizar la formación de complejos entre Cu(II) o Fe(III) y el sustrato se realizaron ensayos con concentraciones variables tanto de colorante como de catalizador. Dada la complejidad de los espectros UV-Vis obtenidos, se emplearon métodos de resolución multivariada para la determinación de los factores espectrales más importantes. Resultados: En presencia de Fe(III) se evidenció la formación a pH=3.0 de un complejo Fe(III)-AR con máximos a 451 y 565 nm y una constante condicional de Formación a pH=3.0 del orden de 105. Por otro lado, dado que los sistemas catalizados por Cu(II) presentan actividad en un intervalo de pH más amplio, la formación de complejos entre AR y Cu(II) se estudió en el rango de pHs comprendido entre 4.0 y 8.0. En este sistema se observó la formación de al menos un complejo Cu(II)-AR con un máximo de absorción a 502 nm (coeficiente de extinción molar de 7384cm-1M-1 y una constante condicional de formación a pH=4.0 del orden de 104.Al añadir H2O2 a los sistemas anteriores se observó la formación de un complejo ternario de Cu(II)-AR-H2O2 de estequiometría 1:1 y con un máximo de absorción a 490 nm. En contraste, en el sistema análogo en presencia de Fe(III) no se detectaron cambios en el espectro UV-Vis luego del agregado de H2O2.Los ensayos cinéticos mostraron que tanto para el Cu(II) como para el Fe(III), las velocidades iniciales de decoloración aumentan con las concentraciones de catalizador, disminuyen con el aumento de la carga inicial de sustrato y presentan una dependencia compleja con la concentración de H2O2. Sin embargo, se observó una clara diferencia entre ambos sistemas ya que el Cu(II) mostró mayores velocidades de decoloración que el Fe(III) para bajas concentraciones de catalizador.Conclusiones: Para las condiciones estudiadas, el Cu(II) resultó más eficiente que el Fe(III). Esta diferencia puede atribuirse a que la formación del complejo Fe(III)-AR bloquea el acceso del H2O2 al catalizador, mientras que en los sistemas catalizados por Cu(II) el H2O2 es capaz de alcanzar la esfera de coordinación del metal y formar un complejo ternario catalíticamente activo.