Eliminación de tetraciclina y nanoplásticos con catalizador Ti-LaFeO3/β-SiC

El presente trabajo de fin de grado aborda el estudio de la aplicación de procesos de oxidación avanzada (POA) basados en el uso de espumas alveolares para la eliminación de contaminantes de preocupación emergente (CPEs) en muestras de agua, en este caso, la tetraciclina y los nanoplásticos. El agua apta para el uso es un bien escaso y, actualmente, es necesario concienciar sobre su uso adecuado para evitar desperdiciar recursos hídricos. El enorme volumen de agua residual que llega a las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) se somete a complejos procesos de regeneración donde se reduce la carga orgánica y los sólidos en suspensión de manera que el agua pueda devolverse al medioambiente sin mermar su calidad. Actualmente existen contaminantes de preocupación emergente que no están regulados y por tanto no se eliminan en su vertido al ecosistema provocando una contaminación a largo plazo que afecta en primera instancia a los seres vivos existentes alrededor del vertido. Unos tratamientos prometedores que evitan la producción de residuos tóxicos y un coste bajo son los procesos de oxidación avanzada (POA). Existen diferentes tipos por ejemplo el proceso Fenton o fotoFenton, los cuales se basan en oxidar el contaminante alterando su estructura para hacerlo más biodegradable. El presente trabajo se centra en desarrollar un nuevo tratamiento de oxidación avanzada que consiste en el empleo conjunto de dos POA, la oxidación catalítica de peróxido húmedo y la fotocatálisis heterogénea con semiconductores, mejorado con la utilización de un único catalizador de Ti-LaFeO3 soportado sobre espumas alveolares β-SiC y con radiación UV-A. Uno de los objetivos principales de esta investigación es evaluar la actividad de este catalizador en la eliminación de distintos contaminantes, tetraciclina y nanoplásticos en este caso, para fomentar su uso en tratamiento de aguas residuales. Para llevar a cabo este objetivo, se prepara la espuma soportada con LaFeO3 dopada con titanio y se pone a prueba en varias reacciones con tetraciclina como contaminante en combinación con distintos oxidantes. Los oxidantes (peróxido de hidrógeno, peroximonosulfato de potasio y ácido peracético) y sus concentraciones (mitad, estequiométrica y doble) se variarán para encontrar la mejor de las tres. Una vez analizado un solo contaminante, se añade poliestireno de 0,01 µm y se comprueba la eficiencia de las espumas ante la eliminación simultánea de los dos contaminantes, con los oxidantes mencionados anteriormente. En los resultados de estos experimentos se obtiene un rendimiento de eliminación de tetraciclina de hasta un 87,6% con el oxidante y concentración óptimos. Por otra parte, la eficiencia del catalizador soportado en espumas alveolares se demuestra en la eliminación simultánea de los dos contaminantes obteniendo un rendimiento de eliminación del carbono orgánico total de 86,71% con el mejor oxidante y un rendimiento de eliminación de la tetraciclina de 46%. Con esto, se concluye que la mejor concentración de las tres estudiadas siempre será la estequiométrica para los tres diferentes oxidantes y el más efectivo será el peróxido de hidrógeno. En la eliminación de los dos contaminantes simultáneamente se obtendrá una buena eliminación con los dos oxidantes estudiados tanto de la tetraciclina como de los nanoplásticos, siendo, en balance, el mejor oxidante el peróxido de hidrógeno. Además, en el estudio de la concentración de los oxidantes se produce una reducción de la concentración a medida que avanza la reacción. ------------------------------------------------------------------------------------------- This final degree project addresses the study of the application of advanced oxidation processes (POA) based on the use of alveolar foams for the elimination of contaminants of emerging concern ( CPEs ) in water samples , in this case, tetracycline. and nanoplastics. Water suitable for use is a scarce commodity and, currently, it is necessary to raise awareness about its proper use to avoid wasting water resources. The enormous volume of wastewater that reaches the wastewater treatment plants (WWTP) undergoes complex regeneration processes where the organic load and suspended solids are reduced so that the water can be returned to the environment without reducing its quality . Currently there are contaminants of emerging concern that are not regulated and therefore are not eliminated in their discharge to the ecosystem, causing long-term contamination that affects, in the first instance, the living beings around the discharge. Promising treatments that avoid the production of toxic waste and are low cost are advanced oxidation processes (POA). There are different types, for example the Fenton or photo-Fenton process, which are based on oxidizing the pollutant, altering its structure to make it more biodegradable. The present work focuses on developing a new advanced oxidation treatment that consists of the joint use of two AOPs, wet peroxide catalytic oxidation and heterogeneous semiconductor photocatalysis, improved with the use of a single supported Ti-LaFeO3 catalyst . on β-SiC alveolar foams and with UV-A radiation. One of the main objectives of this research is to evaluate the activity of this catalyst in the elimination of different contaminants, tetracycline and nanoplastics in this case, to promote its use in wastewater treatment. To achieve this objective, the foam supported with LaFeO3 doped with titanium is prepared and tested in several reactions with tetracycline as a contaminant in combination with different oxidants. The oxidants (hydrogen peroxide, potassium peroxymonosulfate and peracetic acid) and their concentrations (half, stoichiometric and double) will be varied to find the best of the three. Once a single contaminant has been analyzed, 0.01 µm polystyrene is added and the efficiency of the foams is checked for the simultaneous elimination of the two contaminants, with the oxidants mentioned above. In the results of these experiments, a tetracycline elimination yield of up to 87.6% is obtained with the optimal oxidant and concentration. On the other hand, the efficiency of the catalyst supported in alveolar foams is demonstrated in the simultaneous elimination of the two contaminants, obtaining a total organic carbon removal performance of 86.71% with the best oxidant and a tetracycline removal performance of 46%. With this, it is concluded that the best concentration of the three studied will always be the stoichiometric for the three different oxidants and the most effective will be hydrogen peroxide. In the elimination of the two contaminants simultaneously, a good elimination will be obtained with the two oxidants studied, both tetracycline and nanoplastics, being, on balance, the best oxidant hydrogen peroxide. In addition, in the study of the concentration of oxidants, a reduction in concentration occurs as the reaction progresses