Degradación Fenton y foto-Fenton de paracetamol a pH próximo al neutro: optimización y evaluación de la toxicidad.

AGUSTINA V. SCHENONE; BÁRBARA N. GIMÉNEZ; CONTE, LEANDRO; ALFANO, O.M.

Santa Fe

Congreso; X Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2019

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

Los Contaminantes Emergentes (CEs) comprenden una amplia gama de compuestos químicos, pesticidas, productos farmacéuticos, aditivos industriales, etc de los cuales existe una limitada información sobre sus efectos en la salud ecológica y humana. Debido a sus propiedades físico-químicas, los tratamientos convencionales no son del todo satisfactorios en la degradación de estos CEs. Por lo que resulta de suma importancia identificar y evaluar otras tecnologías de depuración. Dentro de los procesos más estudiados a nivel mundial, y con mayores proyecciones de aplicación se encuentran los Procesos de Oxidación Avanzados (PAOs). Éstos se basan en la generación de especies químicas oxidantes y altamente reactivas, capaces de transformar las moléculas orgánicas más complejas en compuestos más simples y biodegradables. En el presente trabajo se desarrolló un estudio teórico/experimental asociado a la degradación Fenton y foto-Fenton (ambos PAOs) del Paracetamol (PCT) en medio acuoso homogéneo, para condiciones de pH natural, empleando ferrioxalato como catalizador del proceso. El trabajo experimental realizado, fue desarrollado en un reactor de laboratorio, empleando como fuente de radiación un simulador solar. Se evaluó la influencia de variables tales como: temperatura (T, 25 - 50 ºC), concentración inicial de peróxido de hidrógeno (HP, 189 - 756 ppm), y flujo de radiación incidente (Rad, tres niveles: Sin Rad, Alta Rad y Baja Rad) en la efectividad del sistema (conversión del PCT luego de 90 min de reacción, X_90,Obs^PCT). Se aplicó un diseño experimental, combinado con la metodología de superficie de respuesta (19 experimentos en total, considerando los ensayos necesarios para estimar la falta de ajuste del modelo y las réplicas) para modelar el comportamiento del sistema (X_90,Pred^PCT). Se monitoreó la evolución temporal de las principales especies reactivas presentes en el sistema (PCT, HP, TOC, Oxalato, Hidroquinona (HQ) y Benzoquinona (BQ)). Se cuantificó además la toxicidad del medio empleando el bioensayo Microtox® (I (%), inhibición de bioluminiscencia de la bacteria Vibrio fischeri luego de 15 min de exposición). En cuanto a los resultados experimentales obtenidos, cabe mencionar que, para todo el rangos de T y HP estudiados, las menores conversiones de PCT se obtuvieron operando el sistema Sin Rad; siendo mínimas (X_90^PCT_obs=1.15%, y X_90^PCT_pred=1.13%) para T = 25ºC y HP = 189 ppm. Además, para estas condiciones oscuras y HP = 472 ppm, la X_90^PCT_obs se incrementó 37.5 veces, al emplear una mayor T de operación (50 ºC vs. 25 ºC). Por lo que se destaca el efecto beneficioso de la T en el proceso. Por otro lado, resulta necesario remarcar la significancia de la radiación en el sistema. Para condiciones irradiadas, se alcanzaron en todos los casos X_90^PCT_obs superiores al 77.65%. Más aún, los niveles de conversión de TOC (X_180^TOC) obtenidos, solo fueron significativos para condiciones irradiadas (en condiciones oscuras la X_180^TOC máxima fue sólo del 17%).A partir de los modelos matemáticos desarrollados (superficie de respuesta para cada nivel de radiación empleado), se estimaron las condiciones óptimas de operación. Los valores obtenidos fueron: Alta Rad: HP = 189 mg L-1, T = 40 ºC, X_90,Pred^PCT= 92.75%; Baja Rad: HP = 189 mg L-1, T = 50 ºC, X_90,Pred^PCT= 96.75%, y Sin Rad: HP = 326.3 mg L-1, T = 50 ºC, X_90,Pred^PCT= 71.28%. La optimización se basó en maximizar la conversión del contaminante, empleando la menor dosis de agente oxidante. Cabe destacar que estas conversiones máximas predichas (X_90,Pred^PCT) fueron próximas a las observadas experimentalmente (X_90,Obs^PCT= 91.50%, 96.88% y 75.52%, respectivamente).Asociado a la toxicidad del sistema, se observó una estrecha relación entre su comportamiento y la evolución temporal de los principales intermediarios de reacción (HQ y BQ). Esto considerando que los valores de EC50 (concentración que causa una reducción del 50% de la bioluminiscencia) de estos compuestos son muy bajos (0.04 y 0.02 ppm para HQ y BQ, respectivamente), lo cual indica que son altamente tóxicos. Para condiciones óptimas de operación, sólo se alcanza una remoción total de la I (%), bajo condiciones de Alta Rad luego de 240 min de reacción. Por lo que, incluso cuando el PCT es degradado completamente en menores tiempos de operación, la reacción debe extenderse una hora más para eliminar totalmente la toxicidad del medio. Sin embargo, para condiciones de Baja y Sin Rad, aún luego de 240 min de reacción, se observa una toxicidad remanente en el sistema.