Modelado y verificación experimental de la cinética de degradación de un contaminante orgánico en medio acuoso empleando reactores fotocatalíticos de lecho suspendido

Abstract

En la presente Tesis se realizó el modelado de la degradación de un contaminante orgánico en medio acuoso empleando reactores fotocatalíticos de lecho suspendido. El catalizador utilizado fue dióxido de titanio en polvo. El 4-clorofenol (4-CP) fue seleccionado como contaminante modelo para realizar el trabajo de investigación. La primera etapa del trabajo consistió en la obtención de una expresión cinética intrínseca que representa la degradación fotocatalítica del 4-CP, incluyendo (i) el diseño y construcción de un reactor escala laboratorio, (ii) el desarrollo de un modelo cinético para la degradación del 4-CP y de sus principales intermediarios de reacción, (iii) el modelado del reactor fotocatalítico, con la correspondiente resolución del balance de radiación y de los balances de materia para las especies involucradas en el proceso, y (iv) la estimación de los parámetros cinéticos del modelo a partir de los datos experimentales. La segunda parte del trabajo de Tesis consistió en la aplicación del modelo cinético obtenido en la etapa previa, a un reactor simulador solar fotocatalítico de mayor tamaño, de diferente geometría y modo de operación. Esta etapa involucró la resolución del balance de radiación y de los balances de materia en el nuevo reactor, y el empleo de las expresiones cinéticas obtenidas anteriormente. A partir de los resultados alcanzados, se comprueba que el modelado riguroso de todas las variables que intervienen en el proceso proporciona las herramientas necesarias para el diseño reactores fotocatalíticos, la optimización de su funcionamiento y la realización de cambios de escala.

The modeling of the degradation of an organic pollutant in aqueous medium employing photocatalytic slurry reactors is presented in this Thesis. The catalyst employed was titanium dioxide in powder form. 4-Chlorophenol (4-CP) was selected as the model pollutant for the research work. The first part of the Thesis consisted in the proposal of an intrinsic kinetic expression to represent the photocatalytic degradation of 4-CP,that includes (i) the design and construction of a laboratory scale reactor, (ii) the developing of a kinetic model for the degradation of 4-CP and the main reaction intermediates, (iii) the modeling of the photocatalytic reactor, with the corresponding solution of the radiation balance and mass balances for the species involved in the process, and (iv) the estimation of the kinetic parameters of the model from experimental data. The second part of the work consisted in the application of the kinetic model previously obtained to a solar simulator photocatalytic reactor of different size, geometry and operation mode. This part involved the solution of the radiation balance and mass balances in the new reactor and the application of the kinetic expressions previously derived. From the results achieved, it was verified that the rigorous modeling of all variables involved in the process provides the tools requiered for the design, optimization and scaling-up of photocatalytic reactors.