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 [email protected]
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