Tecnologías catalíticas para el tratamiento de aguas. Reducción de nitratos y nitritos utilizando catalizadores estructurados

Abstract

La contaminación con nitratos de ríos, lagos así como de aguas subterráneas, es uno de los problemas más serios que han aparecido en los últimos años. Una alternativa interesante para eliminar estas especies es la reducción catalítica utilizando hidrógeno y catalizadores bimetálicos. En esta tesis se desarrollan catalizadores bimetálicos y su utilización en un novedoso proceso de eliminación de nitratos y nitritos presentes en agua. En estos novedosos procesos desarrollados se combinan el intercambio iónico y la regeneración (IR) o intercambio iónico – reacción – regeneración, para eliminación de cantidades excesivas de nitratos o nitritos presentes en aguas subterráneas. Estos procesos fueron evaluados utilizando catalizadores monometálicos, de manera de eliminar nitritos o catalizadores bimetálicos en la eliminación de nitratos. El soporte utilizado fue una resina aniónica macroporas denominada WA30. Los resultados obtenidos demostraron que ambos procesos, IR e IRR, mostraron una excelente performance. Todos los nitratos (o nitritos) presentes en la resina al inicio de la regeneración fueron eliminados. En todos los casos, el agua tratada, cumplió con los estándares internacionales de calidad. Los catalizadores fueron caracterizados por técnicas como TPR, DRX, XPS, SEM, EPMA y TEM. En el caso de las resinas, se determinaron las isotermas de adsorción, curvas de quiebre y los parámetros cinéticos de adsorción. Finalmente, se determinó que es posible escalar el reactor más de 100 veces sin observar combios en la performance del proceso, tanto en eliminación de nitratos como de nitritos. En estos casos, los catalizadores evaluados fueron Pd-In y Pd, respectivamente, soportados sobre resina.

The contamination with nitrates of water in rivers, lakes as well as the groundwater, is one of the most serious problems that have emerged in recent years. An interesting alternative is the catalytic removal of these species, using hydrogen and supported bimetallic catalysts. In this thesis, the development of supported bimetallic catalysts and their use in novel catalytic processes for the removal of nitrates and nitrites present in water are studied. Novel processes combining Ion Exchange and Regeneration (IR), or Ion Exchange – Reaction – Regeneration (IRR) have been developed, for the removal of excessive quantities of nitrate or nitrite ions from groundwater. These processes were evaluated using palladium monometallic catalyst in order to eliminate nitrites, or using Pd-Cu or Pd-In bimetallic catalysts to eliminates nitrates. The support used in these catalysts was an anion exchange resin called WA30. The results demonstrated that both processes, IR and IRR, showed excellent performance. All the nitrates (or nitrites) present on the resin at the start of the regeneration were eliminated. In all cases, the treated water, complies with International quality standards. The catalysts were characterized by TPR, DRX, XPS, SEM, EPMA and TEM. In the case of resins, adsorption isotherms, breakthrough curves and chemicals parameters of adsorption were determined. Finally, it has been determined that it is possible to scale up the reactor up to 100 times without changing the process performance, both during the removal of nitrates and nitrites. In these cases, the catalysts were Pd-In and Pd, respectively, supported on resin.