Estudio de la reacción ozono-compuestos orgánicos volátiles a temperatura ambiente en presencia de zeolita natural modificada

Abstract

El control de las emisiones orgánicas volátiles (COVs) generados por la industria y los automóviles, constituye un asunto de gran interés desde el punto de vista ambiental por las afectacionesa la salud de las personas. Desde el punto de vista legal, en varios países se regulan y controlan los niveles de COVs, en aras de evitar los efectos adversos de estos contaminantes sobre la salud humana. En Chile, el Decreto Supremo No. 54/1999, establece los límites permisibles de concentración de varios COVs en lugares de trabajo para una jornada de 8 horas y 40 horas semanales. Diversas técnicas se han desarrollado para el tratamiento de los COVs, las cuales van desde la absorción hasta la oxidación avancada. Dentro de la oxidación avanzada, el carbón activado ha sido el material más utilizado por años. Sin embargo, su alto costo y cierta inestabilidad térmica han conllevado a la búsqueda de nuevos catalizadores, destacándose entre estos las zeolitas sintéticas. Aún así, el costo de las zeolitas sintéticas es todavía alto y su uso se ha restringido a aplicaciones donde no es posible usar el carbón activado. Recientemente, las zeolitas naturales han despertado gran interés en los investigadores y se destacan algunos trabajos relacionados con la oxidación avanzada de compuestos orgánicos a temperatura ambiente utilizando como catalizador zeolitas de origen natural. En estos, se ha destacado el rol fundamental de especies activas superficiales (oxígeno atómico) en la oxidación de los COVs. Sin embargo, a pesar de los avances registrados enm este tema, aún quedan varias incógnitas que no han sido totalmente despejadas. Una de ellas es el posible mecanismo de reacción que rige este proceso, así como la influencia de las características físico químicas superficiales de la zeolita en la formación de las especies activas y en el mecanismo de reacción. Atendiendo a lo anterior, el presente trabajo de tesis se centra en el estudio de lareacción de oxidación avanzada de compuestos orgánicos volátiles utilizando ozono gaseoso a temperatura ambiente en presencia de zeolita natural chilena. Con el desarrollo de esta tesis, se pudo establecer el rol de los sitios activos superficiales de las zeolitas a partir del planteamiento y posterior comprobación de la siguiente hipótesis de trabajo: Es posible utilizar las zeolitas naturales modificadas como catalizador en el proceso de oxidación de compuestos orgánicos volátiles utilizando ozono gaseoso. El incremento en el contenido de sitios ácidos de Lewis en la superficie de la zeolita natural conllevaría a una mayor formación de radicales oxígeno atómico superficales que podrían tener un rol fundamental en el incremento de la remoción de los compuestos orgánicos volátiles. Para ello, se caracterizaron muestras de zeolita natural y modificada por diferentes técnicas (área superficial, difracción de rayos X, fluorescencia de rayos-X, análisis termogravimétrico, desorción térmica programada de NH3, FTIR, desorción térmica programada de piridina con seguimiento por FTIR y DRIFT). Una vez conocidas las propiedades físico químicas superficiales de las zeolitas natural y modificadas en la interacción con el ozono y en la absorción de los compuestos orgánicos volátiles, por separado. En estas etapas, se confirmó la influencia de los sitios de Lewis en la absorción y descomposición del ozono para generar el oxígeno atómico, así como la participación de los sitios ácidos de BrØnster en la absorción de los COVs. De igual forma, se evaluó la influencia de la composición de los cationes de compensación en la interacción de las muestras de zeolita con el ozono y los COVs. Se pudo corroborar además la validez del modelo LDF (linear driving force) en la transferencia de materia durante la absorción de tolueno sobre las diferentes muestras de zeolita. Posteriormente, se analizó la infuencia de las característicasfísico químicas superficiales de las zeolitas y de los parámetros operacionales en la reacción de oxidación avanzada de compuestos orgánicos en presencia de zeolita natural y modificada. Como resultado final de esta investigación se propone el posible mecanismo de reacción de la oxidación avanzada de compuestos orgánicos volátiles. Adicionalmente, se logró una mayor compresión de la influencia de los diferentes parámetros operacionales (concetración inicial de reactivos, velocidad de flujo, granulometría, presencia de humedad y temperatura de desgasificación de las muestras de zeolita) en el proceso de ozonización de compuestos orgánicos volátiles en presencia de zeolita.