Determinación de constantes de reacciones fotocatalíticas en dispositivos de microfluídica

SATUF, MARÍA LUCILA; MACAGNO, JOANA; MANASSERO, AGUSTINA; BERLI, CLAUDIO L. A.

Paraná

Congreso; IV Congreso de Microfluídica Argentina; 2017

La fotocatálisis heterogénea es un proceso químico foto-inducido basado en la interacción entre fotones y catalizadores, como el dióxido de titanio (TiO2). Dicha interacción genera portadores de carga en la partícula catalítica, los cuales pueden participar de reacciones de oxidación-reducción con compuestos químicos. Este proceso ha sido aplicado al tratamiento de la contaminación del agua, purificación del aire y a la síntesis de compuestos orgánicos. La obtención de parámetros cinéticos intrínsecos, necesarios para el diseño y optimización de dispositivos fotocatalíticos, son difíciles de lograr en reactores convencionales. Los reactores de microfluídica constituyen una excelente opción debido a las menores distancias de difusiónmolecular, irradiación más uniforme, alta relación superficie/volumen, mejor control de las variables de operación y mayor reproducibilidad de los ensayos. En el presente trabajo se reporta el empleo de un micro-reactor fotocatalítico como herramienta de investigación para obtener parámetros cinéticos intrínsecos. Se estudió la degradación en agua de un contaminante modelo, el fármaco ácido clofíbrico (AC). El micro-reactor posee una cámara de reacción rectangular de 5,8 cm x 2 cm x 200 microm (volumen reactor V R=232 L). Una de sus paredes está compuesta por una placa de vidrio de borosilicato, la cual actúa como ventana y sobre la cual se inmovilizó una película del fotocatalizador TiO2. El recubrimiento de la ventana se realizó mediante la técnica de dip-coating empleando una suspensión de 5 g/L de TiO2 P25. La radiación fue provista por lámparas tubulares UV-A, con un máximo de emisión en 365 nm. El flujo de radiación resultante sobre la ventana del reactor fue de 0,9 mW/cm2. Mediante el empleo de una bomba de infusión a jeringa, se bombeó en el micro-reactor una solución de AC de 20 mg/L a diferentes caudales (Q), entre 20 y 300 L/min. Para cinéticas de primer orden, y considerando despreciables las limitaciones en la transferencia de materia, se obtiene: Q = k.VR [ln(Cin/Cout)]-1, donde k es la constante cinética, y Cin y Cout representan la concentración de entrada y salida de AC, respectivamente. El valor de k puede ser calculado en el rango lineal de un gráfico Q vs 1/ln(Cin/Cout). De este modo se caracterizan diversos compuestos de manera eficiente y con muy bajos volúmenes de muestra.