Purificación de agua: eliminación de nitratos, nitritos y compuestos orgánicos utilizando catalizadores en polvo y estructurados

Abstract

El nitrato es un contaminante persistente en aguas superficiales y subterráneas, que puede causar serios problemas de salud en los humanos, como formación de carcinógenos, síndrome del bebé azul, hipertensión, entre otros. Este trabajo tiene como objetivo aplicar la reducción catalítica al tratamiento de agua con altas concentraciones de nitrato, debido a que se simulan soluciones concentradas de otros procesos de tratamiento, como osmosis inversa y electrodiálisis. Se presentan catalizadores de Pd e In, soportados en alúmina y en fibras de carbono activado, para la reducción catalítica de nitratos y nitritos, empleando el ácido fórmico como fuente alternativa de hidrógeno. Se efectúa la comparación del desempeño catalítico entre estos dos soportes, bajo diversas condiciones operacionales. También, se comparan diversos parámetros que pueden afectar la actividad catalítica, siempre buscando el mejor compromiso entre desempeño y la selectividad a N2. A su vez, se estudió la degradación del ácido fórmico por distintos procesos avanzados de oxidación. Se exhibe la eficiencia de la degradación por cuatro procesos: la fotólisis directa, la fotocatálisis heterogénea, la oxidación electroquímica y la fotoelectrooxidación. Se verificó que el proceso electroquímico es el que domina la oxidación del ácido fórmico en comparación con el proceso fotoquímico y fotocatalítico. Por último, se evalúa la performance de los catalizadores utilizando agua “real” extraída de distintos lugares de Argentina, en el cual se concluyó que la concentración de iones en las aguas naturales interfiere en la actividad del catalizador para la eliminación de nitratos.

Nitrate is a persistent contaminant in surface and groundwater that can cause serious health problems in humans, such as carcinogen formation, blue baby syndrome, hypertension, among others. This work aims to apply a catalytic reduction to treat water with high nitrate concentrations, due to which concentrated solutions of other treatment processes, such as reverse osmosis and electrodialysis, are simulated. Pd and In catalysts are present, supported on alumina and activated carbon fibers, for catalytic reduction of nitrates and nitrites, by employing formic acid as an alternative hydrogen source. A comparison of the catalytic performance between these stages is made, under various operational conditions. Also, comparing several parameters that can affect the catalytic activity, always looking for the best compromise between performance and selectivity to N2. At the same time, the degradation of the formic acid was studied by distinct advanced processes of oxidation. It shows the efficiency of degradation by four processes: direct photolysis, heterogeneous photocatalysis, electrochemical oxidation and photoelectrooxidation. It is found that the electrochemical process is the one that dominates the oxidation of formic acid compared to the photochemical and photocatalytic process. Finally, the performance of catalysts using "real" water extracted from different parts of Argentina is evaluated, and it is concluded that the concentration of ions in natural waters interferes with catalyst activity for the elimination of nitrates.