Modelado de Oxidaciones Fotocatalíticas aplicando diseño de experimentos y redes neuronales artificiales

J.F. MAGALLANES, C.A. EMILIO, M.I. LITTER

Merlo, San Luis, Argentina

Conferencia; III Congreso Argentino de Química Analítica; 2005

Las Tecnologías Avanzadas de Oxidación (TAOs), tales como la fotocatálisis heterogénea, son procesos dependientes de muchas variables experimentales: concentración de compuestos químicos, longitud de onda de la radiación, pH, etc. Estos procesos multivariantes demandan la utilización de métodos quimiométricos para describir el comportamiento del sistema. Entre otros, el diseño de  experimentos facilita el cálculo de modelos con un mínimo número de ensayos para describir el sistema con precisión aceptable. Las redes neuronales artificiales (ANNs) son útiles para simular un gran número de experimentos y construir superficies de respuesta. La combinación de diseño experimental y  ANNs como herramientas de modelado y optimización ha sido propuesta previamente en otros sistemas, incluyendo reacciones fotoquímicas, fotocatalíticas y foto-Fenton. Sin embargo en TAOs, la literatura sobre esta metodología es muy escasa. En nuestro grupo se  desarrollaron  los modelados semiempíricos para las reacciones de degradación fotocatalítica (DFC) de los ácidos etilendiaminotetraacético (EDTA)  y nitrilotriacético (NTA) con TiO2 utilizando ANNs. Previamente, se realizaron los diseños experimentales ‘Full Factorial’ de dos niveles y Doehlert para entrenar y predecir resultados con una ANNs. En ambos diseños, las variables estudiadas fueron: concentración de sustrato ([EDTA] ó [NTA]),  masa de TiO2,  pH y tiempo de reacción. En el caso de la DFC de NTA,  el diseño Doehlert fue rotado para aumentar el número de niveles de la variable tiempo y seguir la cinética de la reacción con mayor detalle. El método de rotado fue sugerido por Doehlert, pero hasta el momento no se han detectado aplicaciones en la literatura.  Otras variables tales como temperatura, caudal de oxígeno, etc., se mantuvieron constantes porque se conocía previamente su comportamiento y no influyen significativamente en la eficiencia de este sistema. En ambos casos, la respuesta estudiada fue la degradación normalizada del analito (C/C0), que en el caso de EDTA se estimó espectrofotométricamente y para NTA cromatográficamente como complejo Fe(III)-NTA por HPLC. Para estudiar los mecanismos de degradación fotocatalítica de ambos ácidos se emplearon diversas técnicas analíticas tales como: HPLC, GC, electroforesis capilar y espectrofotometría UV-visible. Estos caminos de degradación no serán mostrados aquí debido a que ya han sido mostrados previamente. Se obtuvieron las superficies de respuesta para los sistemas fotocatalíticos estudiados, lo que permitió entender y predecir el comportamiento de los procesos químicos y optimizar parámetros para futuras aplicaciones tecnológicas como, por ejemplo, para el escalado del sistema. Este trabajo se desarrolló con los subsidios PICT98-13-03672 y PICT 03-13-13261.