Photocalytic oxidation of aqueous herbicides with radiation of low energy. Application of catalysts, ozone and peroxidic promoters

Tesis doctoral con la Mención de "Doctor Internacional"La escasez y contaminación del agua es un problema de preocupación global, debido al crecimiento exponencial de la población y la expansión de los hábitos tecnológicos del estilo de vida actual. El trabajo de esta tesis proviene de la necesidad de investigar tecnologías emergentes, como los tratamientos basados en Procesos de Oxidación Avanzados, para eliminar contaminantes que no son tratados mediante métodos convencionales. En esta tesis doctoral se realiza una investigación básica sobre la oxidación de herbicidas en agua, basada en procesos fotocatalíticos heterogéneos con radiación UVA que combinan el uso de catalizadores, ozono o monopersulfato. La primera parte se centra en el estudio del proceso de fotocatálisis y ozonación fotocatalítica aplicando titania comercial, Degussa P25, así como titania dopada con nitrógeno (N-TiO2) y sin dopar, sintetizadas en el laboratorio. En la segunda parte se desarrolla el uso de monopersulfato combinado, o no, con el proceso de fotocatálisis o catálisis heterogénea; aplicando dióxido de titanio comercial, perovskita de lantano y cobalto (LaCoO), o perovskita de lantano y cobalto acoplada a dióxido de titanio (LaCoO3-TiO2). En los diferentes sistemas considerados se han evaluado la capacidad de oxidación mediante estudios cinéticos de degradación del herbicida, su mineralización así como el seguimiento de los posibles productos intermedios y finales formados, analizando las posibles variables relativas al proceso. También se incluyen estudios sobre la evolución de la toxicidad y fitotoxicidad en el proceso de oxidación. Las propiedades de los catalizadores sintetizados se han analizado mediante diversas técnicas de caracterización de sólidos y superficies.Photocalytic oxidation of aqueous herbicides with radiation of low energy. Application of catalysts, ozone and peroxidic promoters Water scarcity and pollution is an issue of global concerning, due to the exponential growth of the population and the widespread of technological habits of the current modern life. Consequently, the work of this thesis comes from the need of developing emerging technologies, such as treatments based on Advanced Oxidation Processes, in order to remove contaminants which are not properly treated by conventional methods. This doctoral thesis carries out a basic research about the oxidation of aqueous herbicides, based on heterogeneous photocatalytic processes with UVA radiation, combining the use of catalysts, ozone or monoperoxysulfate. The first part is focused on the research of photocatalysis and photocatalytic ozonation processes applying commercial titanium dioxide, Degussa P25, as well as lab-synthesized nitrogen doped titania (N-TiO2) or lab-synthesized bare titania. The second part develops the use of monoperoxysulfate combined, or not, with photocatalysis or heterogeneous catalysis, applying commercial titanium dioxide, lanthanumcobalt perovskite (LaCoO3), or lanthanum-cobalt perovskite joint to titanium dioxide (LaCoO3- TiO2). From the different systems studied, the ability to oxidize the herbicide is analyzed through kinetic studies, the mineralization evolution, the formation of intermediates and final products, highlighting the possible variables affecting the process. Furthermore, toxicity and phytotoxicity evolution studies during the process of oxidation are included. Finally, catalysts’ properties have been assessed by means of analysis of solid and surface characterization techniques.Beca de Iniciación a la Investigación para no doctores (Acción II), ‘Plan de Iniciación a la Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación de la Universidad de Extremadura 2012’. Contrato de formación de personal predoctoral (Consejería de Empleo, Empresa e Innovación del Gobierno de Extremadura, Fondo Social Europeo (FSE)), ref. PD12058. Proyectos de investigación de la Junta de Extremadura, GRU10012 y GR15033; y del CICYT a través de los proyectos CTQ2012-35789-C02-01 (‘Preparación de catalizadores y su aplicación en la eliminación de contaminantes refractarios de aguas residuales mediante ozonación fotocatalítica’) y CTQ2015-64944-R (‘LED y fotocatalizadores polifuncionales basados en grafeno y estructuras metal-orgánicas para el tratamiento de aguas por ozonación fotocatalítica’), fondos FEDER. MINECO, red de Excelencia FOTOCAT, acción de dinamización CTM2015-71054-REDT (‘Nuevos materiales y reactores fotocatalíticos para la eliminación de microcontaminantes y patógenos’). TRAtH2OGrupo de Investigación Tratamiento de Agua