dra. fabiola méndez-arriaga dr. rafael almanza coordinación de mecánica y energía

Dra. Fabiola Méndez-Arriaga Dr. Rafael Almanza

Coordinación de Mecánica y EnergíaINSTITUTO DE INGENIERÍA

Universidad Nacional Autónoma de México

Descontaminación Solar Catalítica del Agua

Alternativas Energéticas para la Remediación Medioambiental

Congreso Nacional de Investigación sobre Cambio ClimáticoUniversidad Popular Autónoma del Estado de Puebla

Departamento de Ciencias SocialesEscuela de Relaciones Internacionales

Escuela de DerechoEscuela de Ingeniería Ambiental

Octubre 21-2011

Dos temas principales → remediación medioambiental con energías alternas

Remediación

Alternativas energéticas

Problema Medioambie

ntal

Informe del Grupo Intergubernamental de expertos sobre el cambio climático: Fuentes renovables de energía : 13%

Ren-ov-

ables13%

Carbon40%

Petróleo7%

Gas20%

Nuclear15%

Participación en la generación eléctrica

Remediación

Alternativasenergéticas Contaminación

Biomasa 10.2%

Hidráulica 2.3%

Energía solar 0.1%

Eólica 0.2%

Geotermica 0.1%

Oceánica 0.002%

Fuentes renovables de energía Energía SOLAR: 0.1%

Energía Solar Fotovoltáico Térmico

Remediación

Alternativasenergéticas Contaminación

Aplicaciones Químicas Solares Fase de Investigación Mundial

Desarrollo muy escaso

Suelo Agua Aire

Contaminación

Remediación

Alternativasenergéticas

ProblemaMedioambiental

Causa principal: Cambio Climático

Causas no visibles aún: “Contaminantes emergentes”

El agua no se ceea ni se destruye, sólo se contamina

Encontramos “nuevos”

Remediación

Alternativasenergéticas

ProblemaMedioambiental

Contaminantes “Emergentes”Quiénes son los contamiantes emergentes?• Miles de distintas entidades químicas

• Compuestos Perfluorados• Compuestos retardantes de flama

(brominados u organofosforados)• Sufractantes (productos de acción desengrasante: detergentes de lavadora, lavavajillas, suavizantes textiles, etc.)• P P C P

• Cuidado personal • Bloqueadores solares• Complementos alimenticios• Cosméticos• Fragancias• Lo”light”

• Farmacéuticos (de uso humano y veterinario)• Drogas ilícitas

(Pharmaceutical and Personal Care Products) Productos Farmacéuticos y de Cuidado Personal

Remediación

Alternativasenergéticas

ProblemaMedioambiental

Contaminantes Farmacéuticos

•Han tenido una alta visibilidad mediática (en Europa y EUA)

Daños en el medioambiente• Existen reportes sobre el daño irreversible que ya han causado al medioambiente

57 días de crecimiento:No desarrolló

extremdidades inferiores y

tuvo malformacione

s

Pero, por qué y cómo llegaron estos productos hasta allí????

Antiandrógenos: inhiben la función de la testosteronaEstrógenos femeninos: provoca infertilidad masculina

Feminización de los peces

Por qué?, Cómo?, Cuándo?, Cuánto?

NATURAL PUFIRICATION IS NOT REACHED DURING THE NATURAL CYCLE OF WATER

Por qué?, Cómo?, Cuándo?, Cuánto?

Efectos en la salud humana?Aún es desconocido

TEMA de SEGURIDAD NACIONAL

Por qué?, Cómo?, Cuándo?, Cuánto?

NATURAL PUFIRICATION IS NOT REACHED DURING THE NATURAL CYCLE OF WATER

Los medicamentos en retrospectiva

Surgieron para “hechar una

manita” y resolver males

de la humanidad y mejorar su

calidad de vidaPero para el

medioambiente resultó peor el “remedio que la

enfermedad”

En México también están siendo detectados?

*Menos del 10% se trata en 10-15 plantas de tratamiento.*Sistema General del Desagüe (Gran Canal, Emisor del Poniente y el Emisor Central)*Rio Tula, el Salado y el Salto.

Presa Endhó y de allí se emplea para riego agrícola.......también en muchas partes del mundo....pero no para alfalfa, maíz, trigo, avena, frijol, jitomates,

Chiles, betabel, lechuga, col, cilantro, rábano, zanahoria, espinacas y perejil, etc!!!!!*Problemas de salud importantes en aquel estado: infecciones intestinales –niños- y contaminación por metales.

Cuencas del Lerma y Cutzamala y pozos del Valle

Consumo

Qué vamos a hacer?!

“Falsos dilemas”

Procesos de Tratamiento Fotoquímico

Solar

Remediación

Alternativas energéticas

Problema Medioambien

tal

Técnicas de Tratamiento del agua

Tecnologias de Tratamiento de Agua

Aiislamiento

Separación

Transformation●OH

Conventional oxidation

Biologicos

TransformaciónConvencional

es

Los Procesos de Oxidación Avanzada son aquellos aplicados a la degradación de

compuestos contaminantes presentes en aire, suelo o agua basados en la presencia y reactividad del radical hidroxilo (•OH)

generado en condiciones normales, super o subcríticas de presión y temperatura con o sin

catalizador y/o energía química reactiva (Méndez-Arriaga, 2009).

Técnicas de Tratamiento del agua

Segundo más oxidante sólo después del flúor (2.80 eV) Tiempo de vida medio corto (70 ns) No se puede almacenar No se puede transportar Reacciona in situ

Qué tiene de particular el radical hidroxilo ●OH?

¿Que hace diferente las POA´s de las convencionales?

Convencionales → Separación Avanzados → Transformación

H2O

B A?

•OH •OH

H2O

H2O•OH

•OH

•Subproductos biodegradables•Ácido carbónico H2CO3, carbonatos•Iones inorgánicos

Técnicas de Tratamiento SOLAR del agua

PyT Catalizador Agente oxidante Fuente reactiva energía

AOP

Sin catalizador

HomogeneoFe2+/Fe3+

HeterogéneoTiO2

+EnergíaUV-Vis

Ultrasonora+

UV-Vis

Con catalizador

Sin catalizador

Fotocatálisisheterogénea

Fenton

O3

H2O2

HomogéneoFe2+/Fe2+

O2/H2O

O3

H2O2

Na2S2O8

Ultrasonora+

Electroquímica

O2/H2O

H2O2 UV-Vis+

Electroquímica

Ultrasonora+ UV-Vis

Electroquímica

O3redox 2.07 eV

H2O2redox1.78 eV

+ H2O2

SonoFenton,Sono-fotoFenton, etc

SonocatálisisSonoelectrocatálisis, etc

TiO2+ O3, TiO2/H2O2, TiO2/Na2S2O8, etc

Condicionesde presión y temperartura

ambiente

Condicionesde presión y temperarturaSubcríticas

Ultrasonora+ UV-Vis

Electroquímica

Ultrasonora+ UV-Vis

Electroquímica

Ultrasonora+ UV-Vis

Electroquímica

FotoFenton,FotoelectroFenton, etc

+ H2O2

Oxidacióncatalítica húmeda

Oxidaciónhúmeda

SonolisisFotolisisElectroquímica

UV254-H2O2 , UV-Vis-H2O2 ,etc.

Con catalizador

Condicionesde P y T/ Catalizador / Agente oxidante / Fuente reactiva de energía / Denominación

O3/H2O2

UV-Vis/O3

TiO2

h+

Adsorción

ReducciónOx1+ne

- Red1

OxidaciónRed2 Ox2+ ne

-

l≤ 400 nm

Banda de Conducción

Banda de Valencia

Supe

rfici

e

Ebg

e-

e-

O=O -O=O

H+ •OH

• O•

H • •He-

Fotocatálisis Heterogénea con TiO2

•Subproductos biodegradables•Ácido carbónico H2CO3, carbonatos•Iones inorgánicos

PC-1.5 CPC-6

25 ºC

12345678910

Bath Temperature-control25ºC

----

25.5 ºC

Stirrer

Sample Point

pH and temperature display

Peristaltic Pump

Batch Tank 1.5 L

6 . 5

PC (One axis Parabolic Concentrator)Tubular Duran Photoreactor

0.080 L

Fotocatálisis Heterogénea: Reactores

PC-1.5 CPC-6

Mechanical Stirrer

Batch tank

Pump

Fotocatálisis Heterogénea: Reactores

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

0 1 2 3 4

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

0 500 1000 1500

TOC/TOCo

Days

IBP/

IBPo

Experimental Time (min)

•Volumen total 35 L

100% 95% 80% biodegradabiliadad

Fotocatálisis Heterogénea: Caso Ibuprofeno

Fotocatálisis Heterogénea: Caso Naproxeno

Diseño de ReactoresMatrices complejasSistema móvil: hospitales, industrias farmacéuticas Impacto mediombiental comparado con los

sistemas biológicos actuales

0.0

0.3

0.5

0.8

1.0

0 50 100 150 200 250 300

NPX

/NPX

o

Tiempo (min)

Fotolisis 0,01 g/L TiO2 0,1 g/L TiO2 0,5 g/L TiO2

Conclusiones Qué queda por hacer???

1. Los contaminantes Farmacéuticos y de Cuidado Personal han causado ya efectos irreversibles en el planeta Tierra

2. Soluciones muchas:1. Químicas: Queda mucho por investigar

1. Fotocatálisis Heterogénea con TiO2 ha demostrado eliminar contaminantes farmacéuticos

2. La FH es un proceso sustentable al emplear la energía solar para fotoactivar la degradación

2. Personales quizá las más importantes para reducir de forma inmediata la emisión de esos contaminante1. Pensar en los productos que nos rodean y modificar hábitos

de consumo (lee la etiqueta!)

ReflexionemosHábitos sanos nuestros, son sanos para el Planeta

¡ ¡ G R A C I A S P O R S U A T E N C I O N ! !

Dra. Fabiola Méndez-Arriaga fmendeza@iingen.unam.mx

Descontaminación Solar Catalítica del Agua

Alternativas Energéticas para la Remediación Medioambiental

Congreso Nacional de Investigación sobre Cambio ClimáticoUniversidad Popular Autónoma del Estado de Puebla

Departamento de Ciencias SocialesEscuela de Relaciones Internacionales

Escuela de DerechoEscuela de Ingeniería Ambiental

Octubre 21-2011