Sintesis y caracterización del catalizador oxicloruro de hierro (FeOCl) en procesos de oxidación avanzada y su aplicación en la degradación del colorante rodamina B

Abstract

Los contaminantes emergentes (CE) son un tema que cada vez abarca más el interés de los investigadores que se dedican al desarrollo de tecnologías ecológicas, ya que si no se tratan ni se busca una solución para su degradación, podrían dañar al ser humano y a los animales y el medio ambiente. Es por ello, que en el presente trabajo se investigó al oxicloruro de hierro (FeOCl), catalizador a base de hierro, usado en los procesos de oxidación avanzada Fenton y Fotocatálisis, para la degradación de los CE dichos gracias a la acción de los radicales libres formados durante la reacción. Se sintetizó FeOCl, y también FeOCl dopados con Ce (FeOCl- Ce) y con Lantano (FeOCl-La). Se descubrió que, para tener propiedades catalíticas reproducibles, es necesario que sea humectado previamente; este efecto no fue reportado anteriormente en la literatura. La capacidad catalítica fue estudiada utilizando solución acuosa del colorante Rodamina B (RhB), un colorante catiónico, como contaminante emergente modelo. La disminución de la concentración del colorante en la solución fue determinado por espectroscopía UV-Vis; esta disminución puede deberse a la destrucción del compuesto por los radicales libres formados durante la reacción, así como por la adsorción del colorante en la superficie del catalizador; este proceso de adsorción no es tomado en cuenta en la mayoría de los trabajos con FeOCl y podría ser la causa en la variación de los resultados reportados (1). Para estudiar el contenido de los compuestos protonados y no protonados presentes en el proceso, se determinó el pKa de la RhB y el potencial Z de FeOCl, FeOCl-Ce y FeOCl-con el fin de estudiar la interacción electrostática entre la RhB y el catalizador. Se hicieron ensayos de adsorción y de reacción Fenton a varios pH (2, 3,6,7 y 10), a un pH de 10 la adsorción tiene una constante de adsorción (k) que es de 0.0008 y es la mejor de los cuatro pH estudiados, sin embargo, es pobre; asimismo en la reacción Fenton, el pH de 3.6 es el que presentó la mejor degradación con las mejores constantes de degradación de 0.0452 y 0.0457 para lantano y cerio respectivamente cuando se añadió una concentración de 92.5 mM de H2O2. Asimismo, se desarrolló un ensayo donde se varió la cantidad de H2O2 añadido y se observó que al disminuir la cantidad del H2O2 en la reacción Fenton el colorante tardaba más tiempo en degradarse, no llegando a más del 90% de remoción en 180 minutos con 30.8 mM de H2O2. A su vez, también se testeó la eficiencia de los catalizadores dopados con las dosis de 46.3 mM y 92.5 mM del agente oxidante, determinándose que los catalizadores dopados son los más eficientes. Seguidamente se realizó un ensayo de Foto-fenton con una concentración de 12.3 mM de H2O2 y 0.279 soles de irradiación, degradando al colorante en menos de 15 minutos. Por último, se realizaron dos pruebas de fotocatálisis: una variando la potencia de irradiación a 0.178, 0.652 y 1 sol y en la otra empleando 0.279 soles de potencia, en dichas pruebas ambos catalizadores dopados demostraron tener una actividad fotocatalítica similar pero mejor que el catalizador sin dopar y su actividad depende de la cantidad de luz que reciban para incrementar su velocidad de degradación.