Avances en la degradación fotocatalítica de los contaminantes emergentes halogenados: s-metolacloro y ácido perfluorooctanoico

La demanda de recursos hídricos ha experimentado un crecimiento exponencial en los últimos años con objeto de satisfacer las necesidades de la creciente población mundial. Esto ha originado situaciones de estrés hídrico y escasez de agua en gran parte del planeta, que pueden verse agravadas por los efectos del cambio climático sobre este recurso. Además, el consumo de esta agua en actividades antropogénicas ocasiona, además de los contaminantes más conocidos, alta presencia del grupo de contaminantes emergentes, entre los que se encuentran herbicidas y sustancias perfluoroalquiladas (PFAS), que no son eliminados en los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales. La presencia de estos compuestos en el agua es altamente perjudicial para los seres vivos y para el medio ambiente debido, en muchos casos, a su toxicidad y potencial carcinogénico. Ello motiva la necesidad de focalizar los esfuerzos de investigación hacia nuevas vías de regeneración de aguas tratadas que aumenten la eficacia de eliminación de los contaminantes emergentes con el menor consumo energético posible. Los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) aparecen en este contexto como una nueva solución tecnológica que permite la eliminación de los contaminantes químicos mineralizándolos y además, puede reducir la demanda energética con respecto a los procesos convencionales, son de fácil implementación, se pueden automatizar y son limpios ya que no usan compuestos contaminantes ni peligrosos. Dentro de los POAs, la fotocatálisis heterogénea es una solución verde ya que podría llevarse a cabo asistida por luz solar. Para ello, es necesario avanzar el conocimiento en el desarrollo de nuevos materiales empleados como catalizadores, logrando que se activen fotoquímicamente bajo el espectro de luz solar y proporcionen velocidades altas en la degradación de contaminantes. La presente tesis doctoral se centra en la aplicación del tratamiento fotocatalítico con fines medioambientales. En concreto, se estudian los procesos de degradación del s-metolacloro (MTLC) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA) de medios acuosos. En este trabajo se ha evaluado la influencia de variables en la degradación fotocatalítica, empleando como catalizador dióxido de titanio comercial y un composite sintetizado a partir de este material y óxido de grafeno reducido. Además, se ha llevado a cabo el modelado cinético teniendo en cuenta las propiedades de absorción fotónica de los diferentes materiales determinando la concentración óptima de catalizador en el tratamiento; el modelo desarrollado constituye una herramienta esencial para la selección de las condiciones de operación y diseño de los foto-reactores. En el segundo capítulo de este trabajo se exponen las técnicas analíticas y equipos de medida empleados en la caracterización de los materiales fotocatalíticos y en el seguimiento de la degradación de contaminantes; así mismo se detalla el método de síntesis llevado a cabo en el desarrollo del nuevo fotocatalizador, el diseño de experimentos desarrollados para la evaluación de la degradación de MTLC y PFOA y la descripción de la metodología seguida en la aplicación del modelado cinético a los procesos fotocatalíticos. A continuación, en el tercer capítulo, se presentan los resultados experimentales obtenidos tanto en el caso del MTLC como en el del PFOA, abordando la influencia de las variables de operación en un reactor fotocatalítico asistido por lámparas LED. El modelado cinético y el modelado de la absorción fotónica también se detalla en esta sección. Por último, en el cuarto capítulo se presentan las principales conclusiones extraídas de los resultados experimentales y se indican vías de trabajo futuras que podrían generar conocimiento adicional en la mejora de los procesos de degradación fotocatalítica analizados.Esta investigación fue financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional en los proyectos: “Nuevos desarrollos en fotocatálisis para aplicaciones medioambientales” (CTM2015-69845-R) (MINECO/FEDER, UE) y “Retos en la implementación de la fotocatálisis para aplicaciones medioambientales” (RTI2018-099407-B-100) (MCIU/AEI/FEDER, UE)