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

GIMÉNEZ, BÁRBARA N.; SCHENONE, AGUSTINA V.; CONTE, LEANDRO O.; ALFANO, ORLANDO 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 internacional y con mayores proyecciones de aplicación, se encuentran los Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs). Estos procesos 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 y 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 delaboratorio, empleando un simulador solar como fuente de radiación.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) sobre la efectividad del sistema (conversión del PCT luego de 90 min de reacción, XPCT,Obs,90). 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 (XPCT,Pred,90).Se monitoreó la evolución temporal de las principales especies reactivas presentes (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 base a los resultados experimentales se puede 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 (XPCT,Obs,90= 1.15% y XPCT,Pred,90= 1.13%) para T=25ºC y HP=189 ppm. Además, para estas condiciones oscuras y HP= 472 ppm, la XPCT,Obs,90se incrementó 37.5 veces al emplear una mayor T de operación (50ºC vs. 25 ºC).Por este motivo se destaca el efecto beneficioso de la T en el proceso.Por otro lado, resulta necesario remarcar el efecto importante de la radiación en el sistema. Para condiciones irradiadas, se alcanzaron en todos los casos XPCT,Obs,90 superiores al 77.65%.Más aún, los niveles de conversión de TOC (XTOC,180)obtenidos, solo fueron significativos para condiciones irradiadas.En condiciones oscuras la XTOC,180 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,XPCT,Pred,90= 92.75%; Baja Rad: HP = 189 mg L-1, T = 50 ºC,XPCT,Pred,90= 96.75%, y Sin Rad: HP = 326.3 mgL-1, T = 50 ºC, XPCT,Pred,90 = 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 (XPCT,Pred,90)fueron próximas a las observadas experimentalmente (XPCT,Obs,90= 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). Se debe considerar 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 Sin Rad y Baja Rad, luego de 240 min de reacción se observó una toxicidad remanente en el sistema. En cambio, para las condiciones óptimas de operación, se alcanzó una remoción total de laI(%)bajo condiciones de Alta Rad luego de 240 min de reacción. Si bien el PCT es degradado completamente en menores tiempos de operación, el tratamiento debe extenderse una hora más para eliminar totalmente la toxicidad del medio.