Estudio del comportamiento de catalizadores basados en materiales carbonosos en la oxidación de compuestos aromáticos en fase acuosa

Resumen

El objetivo principal del trabajo realizado en esta Tesis Doctoral ha sido el desarrollo de nuevos catalizadores basados en materiales carbonosos para la oxidación de compuestos aromáticos en fase acuosa para la descontaminación de aguas. Se ha tratado de mejorar las propiedades catalíticas de los catalizadores sintetizados a través de los tratamientos superficiales aplicados sobre los materiales carbonosos, evaluando posteriormente su actividad catalítica. Además, se ha estudiado la influencia de la superficie química en la evolución de los subproductos formados durante la reacción. Se han elegido como reacciones de estudio la peroxidación catalítica vía húmeda (CWPO) y la oxidación catalítica vía húmeda en aire (CWAO). Para el estudio de la CWPO se ha elegido un colorante comercial como molécula modelo, el C.I Reactive Red 241 o Rifafix. Como substrato modelo para el estudio de los catalizadores en la CWAO se ha escogido el fenol, que es un compuesto no biodegradable y que suele estar presente en los efluentes acuosos de las industrias petroquímica, química y farmacéutica. Un hecho importante a tener en cuenta es que la oxidación de fenol conduce a la formación de hidroquinona, benzoquinona y catecol, los cuales son compuestos no biodegradables e incluso más tóxicos que el compuesto original. Por tanto, es necesario llevar a cabo la oxidación de fenol hasta compuestos menos tóxicos y biodegradables, como son ácidos carboxílicos de cadena corta. A partir de los resultados obtenidos en la CWPO con los materiales carbonosos, se puede afirmar que aquellos materiales con superficies oxidadas presentan menor actividad catalítica que los materiales originales, debido a que los grupos ácidos procedentes de los diferentes tratamientos de oxidación aplicados a estas muestras, disminuyen la densidad de electrones ? en los planos basales de la superficie. Con ello se desfavorece la interacción de las moléculas de colorante disueltas, a la vez que se favorece la adsorción de moléculas de agua. Por otra parte, los nanotubos comerciales (CNTs-N) ensayados en la CWPO del colorante (C.I Reactive Red 241) presentan actividad catalítica, debido a su función como nano-reactores, favoreciendo la adsorción del colorante, iniciando la reacción de descomposición del H2O2 en el interior de estos nanotubos, y así contribuyendo a la degradación más eficiente del C.I Reactive Red 241. La posible presencia de partículas de hierro en el interior de estos nanotubos puede además mejorar la capacidad catalítica de este material en la CWPO del colorante. Para el estudio de la CWAO se han preparado distintos soportes y materiales. Así, los soportes basados en nanofibras (CNFs) y grafito de alta superficie (HSAG), denominados como acac/CNFs y acac/HSAG preparados mediante el tratamiento con acetilacetona e hidruro de sodio de los soportes ox/CNFs y ox/HSAG, son capaces de inmovilizar la fase activa en la superficie de manera efectiva, sin que exista lixiviación del metal tras sucesivos ensayos en la reacción de oxidación de fenol, y obteniéndose conversiones y mineralizaciones del 100 %. Además, la reutilización de los catalizadores de hierro anclado sobre los soportes acac/CNFs y acac/HSAG conduce a resultados similares de conversión y mineralización de fenol a los obtenidos con los catalizadores frescos. Este hecho prueba que no existe lixiviación o pérdida alguna de hierro coordinado eficazmente a los grupos acetilacetonatos en estos catalizadores.