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Preparación, caracterización y estudios de campo de materiales para la
descontaminación y desinfección solar del agua
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de IngenieríaInstituto Peruano de Energía Nuclear
Juan Rodrí[email protected]
El Desafío de la Provisión de Agua Potable Segura: Tecnologías para la Región de LatinoaméricaPuerto Iguazú, Misiones, Argentina, 17, 18 y 19 de Octubre de 2005, 17-19 de Octubre del 2005
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Safe drinking water: the need , the problem and an action plan, Report of the third world academy of Sciences, 2002
El problema del agua potable en el mundo
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Radiación solar diaria en el Perú
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FOTOCATALISIS HETEROGENEAFOTOCATALISIS HETEROGENEADescontaminación obtenida en un semiconductor por acción de los portadores de carga creados al absorber energía comparable al ancho de banda óptico del semiconductor.
hv > Eg
e−
h+
CB
VB
Degradacion del contaminante
3
1
2
5
BT
E
h+
e−
SS
6
7 8
4
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0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
HCl
Ana
se to
rutil
e ra
tio
pH
HNO3
20 25 30 35 40
0.93
0.78
Inte
nsity
(a.u
)
Angle of Diffraction (2Θ)
0.48
pH:
(b)
0.98
0.78
Inte
nsity
(a.u
.)
pH:
0.49
(a)
Sintesis de nanopartículas de TiO2
pH Anatase grain size (nm)
Rutile grain size (nm)
Anatase to rutile ratio, Eq 2
[HCl]/[Ti]
3.91 0.5 - 17 0
1.88 0.8 10 33 0.26
1.40 1.0 10 28 0.78
[HNO3]/[Ti]
3.91 0.5 10 22 0.25
1.88 0.8 13 25 0.52
1.40 1.0 12 - 1
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(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
HCl HNO3
pH=0.5
pH=0.8
pH=1
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3.4.5. Influencia de la concentración del fotocatalizador degussa P-25 en suspensión: .Concentración de bacterias como función del tiempo de irradiación de una columna de agua de 15 cm. Semuestran también los controles en oscuridad tomados al inicio y al final del experimento.
Tiempo (min)
1 ppm 2 ppm 3 ppm
E-coli(UFC/mL)
Rojas(UFC/mL)
Verdes(UFC/mL)
E-coli(UFC/mL)
Rojas(UFC/mL)
Verdes(UFC/mL)
E-coli(UFC/mL)
Rojas(UFC/mL)
Verdes(UFC/mL)
0 437000 0 0 480000 0 0 472000 0 0
10 245000 0 0 185000 0 0 173000 0 0
20 193000 0 0 91000 0 0 56000 0 0
30 7100 0 0 3600 0 0 2700 0 0
40 500 0 0 20 40 0 80 20 0
50 100 0 0 0 20 0 0 10 0
60 80 0 0 0 50 0 0 20 0
Control inicial 487000
Control final 425000
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0 50 100 150 200 250 300
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Coe
ncet
raci
on re
lativ
a de
l fen
ol (C
/Co)
Tiempo (min)
oscuridad fotolisis fotocatalisis
Figura 5. La evaluación de fotoactividad catalítica se a efectuado con Concentración de Fenol: 20 ppm, Peso de fotocatalizador: 5 g, Volumen:200 mL e Intensidad de la lámpara 10.21 mW/cm2.
Degradación fotocatalítica de Fenol:Pellets de Silicona-TiO2
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1 2 3 4 50.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Con
cetra
cion
rela
tiva
del f
enol
Numero de degradación
Figura 6. Degradación fotocatalítica de 200 mL de una solución de 20 ppm de fenol sobre diferentes muestras realizadas con muestras de TiO2-silicona el numero de veces indicado.
Degradación fotocatalítica de Fenol:Pellets de Silicona-TiO2
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1 mm
I
III
II
0.60 1.20 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80
Energy (keV)
Intensity (arb. units)
Intensity(arb. units)
Intensity(arb. units)
(a)
(b)
(c)
Pellets TiO2/ carbon Activado : SEM-EDX
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Pellets TiO2/ carbon Activado : DRX
20 30 40 50 60
+*
AC
A(1
00)
A(2
00)
A(0
04)
A(1
00)
Temperature of calcination:
300 oC
325 oC
350 oC
In
tens
ity (a
rb. u
nits
)
Diffration angle 2θ (deg.)
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10 12 14 16 34 36 38 400.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C/C
o
Time (hr)
10
100
1000
Pow
er (W
/m2 )
Global solar radiation UV-A (310 nm-400 nm)
10:00 12:00 14:00 16:00 10:00 12:00 14:00
Radiación solar global y UVA-(310-400 nm)
Concentracion relativa del Fenol (C/Co) vs tiempo durante dos dias consecutivos de un experimento típico de descontaminación fotocatalíticarealizado con pellets de TiO2/AC colocados en botellas PET llenas con 20 ppm de agua fenolada.
Agua Fenolada
Botella PETTiO2/AC
1. E. Carpio, P. Zúñiga, S. Ponce, J. Solis, J. Rodriguez and W. EstradaJ. Molecular catalysis A: Chemical, 228 (2005) 293-298
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Prototipo para descontaminacion con irradiacion solar-Proyecto SOLWATER
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Typical Solar Experiment
10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 16:48 18:00
1
10
100
1000
10000
100000
ILLUMINATED
E-c
oli (
CFU
/mL)
Time (hh:min)
UV Ru TiO2
No bacteriae
DARK
08:2409:3610:4812:0013:1214:2415:3616:4818:001
10
100
1000
Stop
Sol
ar ra
diat
ion
(W/m
2 )
TIme (hh:mm)
Global
UV-A
Start3Feb05
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Comparisson betwen of Photolysis and photocatalyis, 2 tubes, 12 L/min
Time (min) E-coli(cfu/mL) Red (pseudomonas) (cfu/mL) Green (pseudomones) (cfu/mL)
-10 3.27 x 106 0 00 1.02 x 106 1 x 104 060 1 x 104 2 x 104 0120 1 x 104 2.9 x 103 1.7 x 103
180 3.6 x 103 3.7 x 103 2.5 x 103
240 2.6 x 103 9.7 x 103 0300 9 x 102 8 x 102 0Regrowth after 18 h 0 7.2 104 2.9 x 104
Time (min) E-coli (cfu/mL) Red pseudomonas (cfu/mL) Green pseudomones (cfu/mL)
-10 5.0 x 106 0 00 2.76 x 106 1 x 104 060 9.6 x 105 2 x 104 1 x 104
120 6.2 x 104 1 x 104 1 x 104
180 1.2 x 104 4.6 x 103 1.9 x 103
240 4.8 x 103 7.1 x 103 2.1 x 104
300 1.5 x 103 1.34 x 104 0Regrowth after 18 h 1 x 103 4.2 104 2.0 x 104
0 3.37 x 106 0 0
300 4.86 x 106 0 0
CONTROL IN THE DARK
PHOTOLYSIS
PHOTOCATALYSIS, Alshtrom paper, 18th use
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Photocatalyts
W% TiO2(Neutron activation analysis) New
13.4%
12.2%After 7th
use
100 μm
8.1 %After 18th
use
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0 50 100 150 200 250 30010
100
1000
10000
100000
1000000
1E7
E-c
oli (
cfu/
mL)
Time(min)
Ru Photolysis
Degradation of E-coli:Comparisson betwen Photolysis and photocatalysis: Ru strip 4th use,
13 L/min
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Ru complex supported material degradation
Weight lost in ethanol
0.20 g/cm2
0.152 g/cm2
100 μm
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Analisis de Campo del Prototipo SOLWATER en Yaurisque-CUSCO
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Evaluación de la desifección solar de agua en Yaurisque-CUSCO
O C E A N O P A C I F I C O
BRASIL
E C U A D O R COLOMBIA
CHILE
BOLIVIA
Yaurisque
Extremadamente pobreMuy pobrePobreRegularAceptable
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Centro de Capacitación para el Desarrollo (CECADE), situado en Yaurisque, Cusco, se está evaluando el prototipo de desinfección solar del agua
Yaurisque-CUSCO
(a) (b)
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Prototipo para descontaminación con irradiación solar-Proyecto SOLWATER
Experimento solar típico: En YAURISQUE
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Prototipo para descontaminación con irradiación solar-Proyecto SOLWATER
Experimento solar típico: En YAURISQUE
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Muestreo de agua para la desinfección solar en yaurisque Proyecto SOLWATER
Experimento solar típico: En YAURISQUE
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Características fisicoquímcias del agua
Características del agua en Yaurisque-CUSCO
Physical chemical characteristics Value
PH 7,8
Total hard less CaCO3 mg/L 540
Total alkalinity mg/L 150
Total acidity CO2 mg/L 2,2
Chloride Cl- mg/L 30
Sulphate SO4- mg/L 210
Turbidity NTU 3,0
Conductivity uS/cm 620
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Experimento solar típico: En Yaurisque-CUSCO
uestreo: 8:00 am,Recrecimiento:
Fecha: 19/05/05
Hora 14:00
Tiempo E-coli UFC/mL PsoudomonaUFC/mL
PseudomonaUFC/mL
T3 0 14 0
Características Tiempo E-coliUFC/mL
PsuedomonaUFC/mL
PseudomonaUFC/mL
pH 8,62 T-5 - - - -
TºC 9,3 T0 9:05 70 0 157
Conduc. 880 uS T1 11:30 0 10 0
Turb. < 5 ntu T2 14:00 0 150 0
Cl2 libre < 1 mg/L
control 110 0 160
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
20
40
60
80
100
120
UFC
/ml
Numero de expermiento
t-0 t-5h control recrecimiento
Degradacion de e-colis con el sistema SOLWATER
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Degradacion de pseudomonas rojas con el sistema SOLWATER
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
20
40
60
80
100
120
140
160
UFC
/mL
Numero de Experimento
0 t-5h recrecimiento psudomonasrojaspseudomonas rojas
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Degradacion de pseudomonas verdes con el sistema SOLWATER
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
UFC
/mL
Experimento numero
0 t-5h pseudomona-verde
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Bach. Clido Jorge Rimachi
Lic. Elizabeth Ricra, 2003
Lic. Patricia Galarza, 2004
Lic. Edward Carpio, 2004
Lic. Patricia Zuñiga, 2004
Bach. José Diaz
Lic. Rosario López
MSc. Maria Quintana, 2005
MSc. Dora Maurtua
Dra. Silvia Ponce
Dr. Jose Solís
Dr. Juan Rodriguez
Dr. Walter Estrada
Integrantes:
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Gracias
Agradecimientos:
-Proyecto OEA, ASO Project AE 141/2001
-SOLWATER project ICA4-CT-2002-10001,
-International Science Programme of the Uppsala University.
-IGI, Universidad Nacional de Ingeniería