estudio de la aplicaciÓn de procesos de oxidaciÓn …

TRABAJO DE FINAL DE GRADO

Grado en Ingeniería Química

ESTUDIO DE LA APLICACIÓN DE PROCESOS DE OXIDACIÓN

AVANZADA PARA AGUAS CONTAMINADAS

Anexos

Autor: Marina Gómez Ramos Director: Montserrat Pérez Convocatoria: Mayo 2019

3

Índice ÍNDICE _____________________________________________________________ 3

ANEXOS ____________________________________________________________ 4

A1. Formación de reactivos para la determinación del hierro y peróxido de hidrógeno.

.................................................................................................................................. 4

A2. Cálculo de la concentración de peróxido de hidrógeno ......................................... 5

A3. Fichas de Seguridad ................................................................................................. 7

A4. Medias y repeticiones ............................................................................................ 38

Annexos

4

Anexos

A1. Formación de reactivos para la determinación del hierro y peróxido

de hidrógeno.

Formación de metavanadato de amonio

a) Disolución H2SO4 [9M]

Para preparar 100 mL de disolución, se debe calcular los mL de H2SO4 que se deben añadir en

función de su pureza. Ejemplo de cálculo para preparar 100mL de disolución partiendo de un

reactivo con una pureza del 96% y una densidad de 1,84 g·mL-1:

98,08 1009100 49,97

1000 1 96 1,84

puro reactivo

puro

g gmoles mlml ml

ml mol g g =

Instrucciones

- En un vaso de precipitados se añaden 20 mL de agua desionizada.

- Verter lentamente el volumen calculado del reactivo sulfúrico concentrado.

- Cuando se haya enfriado enrasar con agua en un matraz aforado del volumen

correspondiente.

b) Disolución H2SO4 [0,58M] y de Vanadato Amónico [0,062 M]. Cálculos:

4 3

116,98 1000, 0627,3632

1 1 98,5

puro reactivo

puro

g gmolesg NH VO

L mol g =

2 4

98, 08 1000,5832, 20

1 1 96 1,84

puro reactivo

puro

g gmoles mlml H SO

L mol g g =

Como la estequiometría de la reacción es 2 moles de H2SO4 por 1 mol de NH4VO3 se añade 64,40

mL de H2SO4.

Instrucciones:

- Pesar los 7,3632gramos de vanadato amónico.

- Añadir los 7,3632g de vanadato amónico sobre los 64,4mL de ácido sulfúrico 9 M

agitando continuamente con un agitador magnético.

- Calentar a 50 ºC con agitación hasta disolución del vanadato amónico.

5

- Cuando se haya enfriado enrasar con agua en un matraz aforado de 1L.

Formación de solución tampón (Buffer Solution) i 1,10-Fenantrolina

Solución tampón:

Añadir 49,43 gramos de acetato de sodio anhídrido y disolverlos en agua destilada. Añadir 10 mL de

ácido sulfúrico concentrado y enrasarlo a 1L de disolución con agua destilada.

Fenantrolina:

Anadir 2 gramos de fenantrolina en agua destilada y enrasar en 1L. La solubilización es lenta, por lo

que se necesita agitación magnética.

A2. Cálculo de la concentración de peróxido de hidrógeno

Partiendo de una concentración del contaminante de 40 ppm en un volumen total de 2 litros, se calcula

los gramos totales de contaminante:

2𝐿 ∗40 𝑚𝑔

1 𝐿∗

1 𝑔𝑟

1000 𝑚𝑔= 0,08 𝑔𝑟

Como la benzoquinona es 100% pura, se utiliza una masa inicial de 0,08 gramos. En el caso de la

Hidroquinona, su pereza es del 99,5% por lo tanto la masa inicial de contaminante es:

0,08 𝑔𝑟 ∗100 𝑔𝑟

99,5 𝑔𝑟 = 0,0804 𝑔𝑟

A partir de los gramos iniciales de contaminante, se encuentra por estequiometría la concentración

inicial de peróxido de hidrógeno necesaria para que reaccione con el contaminante y se produzca

dióxido de carbono y agua.

Reacción estequiométrica hidroquinona Reacción estequiométrica benzoquinona

𝐶6𝐻4𝑂2 + 12𝐻2𝑂2 → 6𝐶𝑂2 + 14𝐻2𝑂 𝐶6𝐻6𝑂2 + 13𝐻2𝑂2 → 6𝐶𝑂2 + 16𝐻2𝑂

Para saber la concentración de peróxido de hidrógeno se realizan los siguientes cálculos:

Hidroquinona:

Annexos

6

0,0804 𝑔𝑟 ∗99,5 𝑔𝑟 𝐻𝑞

100 𝑔𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠∗

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑞

110,11 𝑔𝑟 𝐻𝑞∗

12 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑞∗

34 𝑔𝑟 𝐻2𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂2

∗1000𝑚𝑔 𝐻2𝑂2

1 𝑔𝑟 𝐻2𝑂2

∗1

2𝐿 𝐻2𝑂2 = 161 𝑝𝑝𝑚 𝐻2𝑂2

Benzoquinona:

0,08 𝑔𝑟 ∗100𝑔𝑟 𝐵𝑞

100 𝑔𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠∗

1 𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑞

108,09 𝑔𝑟 𝐵𝑞∗

12 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑞∗

34 𝑔𝑟 𝐻2𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂2

∗1000𝑚𝑔 𝐻2𝑂2

1 𝑔𝑟 𝐻2𝑂2

∗1

2𝐿 𝐻2𝑂2 = 151 𝑝𝑝𝑚 𝐻2𝑂2

7

A3. Fichas de Seguridad

Ilustración 1. Ficha seguridad 1,10-fenantrolina (1/3).

Annexos

8

Ilustración 2. Ficha de seguridad 1,10-fenantrolina (2/3).

9

Ilustración 3. Ficha de seguridad 1,10-fenantrolina (3/3).

Annexos

10

Ilustración 4. Ficha de seguridad acetato de sodio anhidro (1/2).

11

Ilustración 5. Acetato de sodio anhidro (2/2).

Annexos

12

Ilustración 6. Ficha de seguridad metavanadato amonio (1/4).

13

Ilustración 7. Ficha de seguridad metavanadato amonio (2/4).

Annexos

14

Ilustración 8. Ficha de seguridad metavanadato amonio (3/4).

15

Ilustración 9. Ficha de seguridad metavanadato amonio (4/4).

Annexos

16

Ilustración 10. Ficha de seguridad sulfato de hierro (II) heptahidratado (1/7).

17

Ilustración 11. Ficha de seguridad sulfato de hierro (II) heptahidratado (2/7).

Annexos

18

Ilustración 12. Sulfato de hierro (II) heptahidratado (3/7).

19

Ilustración 13. Ficha de seguridad sulfato de hierro (II) heptahidratado (4/7).

Annexos

20

Ilustración 14. Ficha de seguridad sulfato de hierro (II) heptahidratado (5/7).

21

Ilustración 15. Sulfato de hierro (II) heptahidratado (6/7).

Annexos

22

Ilustración 16. Ficha de seguridad sulfato de hierro (II) heptahidratado (7/7).

23

Ilustración 17. Ficha de seguridad metanol (1/2).

Annexos

24

Ilustración 18. Ficha de seguridad metanol (2/2).

25

Ilustración 19. Ficha de seguridad ácido clorhídrico (1/2).

Annexos

26

Ilustración 20. Ficha de seguridad ácido clorhídrico (2/2).

27

Ilustración 21. Ficha de seguridad ácido ascórbico (1/2).

Annexos

28

Ilustración 22. Ficha de seguridad ácido ascórbico (2/2).

29

Ilustración 23. Ficha de seguridad ácido sulfúrico (1/2).

Annexos

30

Ilustración 24. Ficha de seguridad ácido sulfúrico (2/2).

31

Ilustración 25. Ficha de seguridad peróxido de hidrógeno (1/2).

Annexos

32

Ilustración 26. Ficha de seguridad peróxido de hidrógeno (2/2).

33

Ilustración 27. Ficha de seguridad benzoquinona (1/3).

Annexos

34

Ilustración 28. Ficha de seguridad benzoquinona (2/3).

35

Ilustración 29. Ficha de seguridad benzoquinona (3/3).

Annexos

36

Ilustración 30. Ficha de seguridad hidroquinona (1/2).

37

Ilustración 31. Ficha de seguridad hidroquinona (2/2).

Annexos

38

A4. Medias y repeticiones

Gráfico 1. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm y sin luz.

Gráfico 2. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm

y sin luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

TOC

/TO

C in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_189_OFF_051118

HYD_40_7.5_189_OFF_041118

MEDIANA_HYD_7.5_189_OFF

HYD_40_7.5_189_OFF_301018

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_189_OFF_051118

HYD_40_7.5_189_OFF_041118

MEDIANA_HYD_40_7.5_189_OFF

HYD_40_7.5_189_OFF_301018

39

Gráfico 3. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm y luz.

Gráfico 4. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm

y luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

TOC

/TO

C in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_189_ON_201118

HYD_40_7.5_189_ON_160119

MEDIANA_HYD_40_7.5_189_ON

HYD_40_7.5_189_ON_070219

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O

2in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_189_ON_160119

HYD_40_7,5_189_ON_070219

MEDIANA_HYD_40_7.5_189_ON

HYD_40_7,5_189_ON_201118

Annexos

40

Gráfico 5. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm y luz.

Gráfico 6. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm

y luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

TOC

/TO

C in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_378_ON_031218

MEDIANA_HYD_40_378_ON

HYD_40_7.5_378_ON_291118

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O

2in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_378_ON_031218

HYD_40_7.5_378_ON_291118

MEDIANA_HYD_40_7.5_378_ON

41

Gráfico 7. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm y sin luz.

Gráfico 8. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con hidroquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm

y sin luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

TOC

/TO

C in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_378_OFF_041218

MEDIANA_HYD_40_7.5_378_OFF

HYD_40_7.5_378_OFF_151118

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O

2in

icia

l

Tiempo (min)

HYD_40_7.5_378_OFF_151118

MEDIANA_HYD_40_7.5_378_OFF

HYD_40_7.5_378_OFF_041218

Annexos

42

Gráfico 9. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm y sin luz.

Gráfico 10. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 189

ppm y sin luz.

0

0

0

1

1

1

1

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_189_OFF_091118

MEDIANA_BZQ_40_7.5_189_OFF

BZQ_40_7.5_189_OFF_081118

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_189_OFF_091118

MEDIANA_BZQ_40_7.5_189_OFF

BZQ_40_7.5_189_OFF_081118

43

Gráfico 11. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 189 ppm y luz.

Gráfico 12. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 189

ppm y luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_189_ON_140119

BZQ_40_7.5_189_ON_060219

MEDIANA_BZQ_40_7.5_189_ON

BZQ_40_7.5_189_ON_191118

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O

2in

icia

l

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_189_ON_140119

BZQ_40_7.5_189_ON_060219

MEDIANA_BZQ_40_7.5_189_ON

BZQ_40_7.5_189_ON_191118

Annexos

44

Gráfico 13. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm y luz.

Gráfico 14. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 378

ppm y luz.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_378_ON_111218

MEDIANA_BZQ_40_7.5_378_ON

BZQ_40_7.5_378_ON_131218

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_378_ON_111218

MEDIANA_BZQ_40_7.5_378_ON

BZQ_40_7.5_378_ON_131218

45

Gráfico 15. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 378 ppm y sin luz.

Gráfico 16. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos con benzoquinona, peróxido de hidrógeno 378.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_378_OFF_071218

MEDIANA_BZQ_40_7.5_378_OFF

BZQ_40_7.5_378_OFF_101218

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2O

2/H

2O2

inic

ial

Tiempo (min)

BZQ_40_7.5_378_OFF_071218

MEDIANA_BZQ_40_7.5_378_OFF

BZQ_40_7.5_378_OFF_101218

Annexos

46

Gráfico 17. Degradación TOC vs tiempo para los ensayos mezcla, peróxido de hidrógeno 189.

Gráfico 18. Degradación peróxido de hidrógeno vs tiempo para los ensayos mezcla, peróxido de hidrógeno 189.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

TOC

/ T

OC

inic

ial

Tiempo (min)

HYD/BZQ_20/20_7.5_189_ON_110219

MEDIANA_HYD/BZQ_20/20_7.5_189_ON

HYD/BZQ_20/20_7.5_189_ON_051218

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

H2

O2

/ H

2O

2 in

icia

l

Tiempo (min)

HYD/BZQ_20/20_7.5_189_ON_110219

MEDIANA_HYD/BQZ_20/20_7.5_189_ON

HYD/BZQ_20/20_7.5_189_ON_051218

47

Gráfico 19. Concentración hidroquinona vs tiempo para los ensayos con hidroquinona en condiciones óptimas.

Gráfico 20. Concentración benzoquinona vs tiempo para los ensayos con hidroquinona en condiciones óptimas.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Co

nce

ntr

ació

n H

idro

qu

ino

na

Tiempo (min)

HYD 1

HYD 2

MEDIA HYD

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Co

nce

ntr

ació

n B

enzo

qu

ino

na

Tiempo (min)

BZQ 1

BZQ 2

MEDIA BZQ

Annexos

48

Gráfico 21. Concentración benzoquinona vs tiempo para los ensayos con benzoquinona en condiciones óptimas.

Gráfico 22. Concentración hidroquinona vs tiempo para los ensayos con benzoquinona en condiciones óptimas.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Co

nce

ntr

ació

n B

enzo

qu

ino

na

Tiempo (min)

BZQ 1

BZQ 2

MEDIA BZQ

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Co

nce

ntr

ació

n H

idro

qu

ino

na

Tiempo (min)

HYD 1

HYD 2

MEDIA HYD

49

Gráfico 23. Concentración contaminante vs tiempo para el experimento mezcla en condiciones óptimas.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Co

nce

ntr

ació

n c

on

tam

inan

te

Tiempo (min)

HYD 1

BZQ 1

HYD 2

BZQ 2

MEDIA HYD

MEDIA BZQ