Estudio cinético de la reacción de foto-Fenton para su aplicación en un reactor solar

FARIAS, J.; ALBIZZATI, E.D.; ALFANO, O.M.

Mar del Plata, Argentina

Congreso; V Congreso Iberoamericano de Física y Química Ambiental; 2008

La reacción de Fenton es conocida por su capacidad para mineralizar compuestos no biodegradables, como así también por el aumento de esta capacidad oxidativa bajo los efectos térmicos y fotoquímicos de la radiación solar. Este proceso involucra reacciones entre el peróxido de hidrógeno y sales de hierro bajo condiciones de pH ácido y temperaturas moderadas, generando radicales hidroxilos altamente oxidantes. En el presente trabajo se estudia la degradación de un contaminante modelo, el ácido fórmico, en un reactor de laboratorio tanque agitado. Se utilizan distintos niveles de las principales variables operativas que influencian el sistema reaccionante, tales como la temperatura, la radiación UV, la concentración de la sal de hierro y la relación de las concentraciones iniciales de peróxido de hidrógeno y el contaminante. Los valores de temperatura adoptados corresponden a los medidos en un reactor solar experimental estudiado previamente; T=[20:50] ºC. Las concentraciones de la sal de hierro son ligeramente superiores e inferiores a los valores límites permitidos para vertidos de aguas (2-2,5 ppm) y proporcionan una solución de apariencia limpia, ya que se pretende evitar la presencia de precipitados de hierro que retardan la reacción y colorean el medio; [Fe(III)] = [1:9] ppm. En las experiencias irradiadas se utiliza una lámpara Philips TL K 18W/09 que proporciona una radiación incidente de 1,6 x 10-8 Einstein cm-2 s-1, determinada con un actinómetro químico en el rango de 300 a 400 nm. La relación de concentración inicial de los reactivos incluye valores superiores e inferiores a los de la relación estequiómetrica teórica; R = [0,5:3]. Se propone un método de diseño de experimentos para evaluar el efecto de los factores antes mencionados, en un espacio experimental con limitaciones prácticas y con un mínimo número de experiencias. Los datos experimentales de la evolución temporal de las concentraciones de los compuestos son comparados con los resultados calculados a partir de un balance de materia en el fotorreactor. De esta manera son determinados los parámetros en la expresión de Arrhenius correspondientes a los grupos de constantes cinéticas de las expresiones no lineales de las velocidades de reacción. El efecto de la radiación es considerado en forma explícita en los términos de la expresión de las velocidades de reacción, mediante la evaluación de la velocidad volumétrica local de absorción de fotones. Esta última se obtiene al resolver el balance de radiación para un sistema homogéneo y radiación incidente unidireccional. Finalmente, del análisis experimental y computacional de las experiencias de laboratorio, se estudian las condiciones operativas más adecuadas para su aplicación en un reactor solar diseñado para la descontaminación de aguas por el proceso foto-Fenton.