PROFILPELAJAR.COM

La reacció de foto-Fenton és aquella en què una font de llum accelera el procés de degradació de contaminants. Aquesta es diferencia de la reacció de Fenton, en què en aquest cas s'evita l'acumulació de ions Fe³⁺ a mesura que els ions Fe²⁺ es van consumint i així també que es detingui la reacció (es veu amb més detall a l'apartat 1.1). Per tant s'aconsegueix deixar de banda aquest problema mitjançant la regeneració química d'ions Fe²⁺. Aquesta reacció es tracta d'una fotocatàlisi homogènia, la qual cosa vol dir que comporta una reacció fotoquímica.

La combinació del reactiu de Fenton amb radiació UV/visible dona lloc al procés de foto-Fenton, responsable de l'augment de la velocitat d'oxidació de la matèria orgànica a conseqüència de la major velocitat de regeneració del catalitzador Fe²⁺, a través de les reaccions de foto-Fenton i foto-Fenton-like^[1] (variant més lenta del foto-Fenton) que permeten que es dugui a terme contínuament la reacció de Fenton, i que s'obtingui una major generació de OH^•.^[2] Aquest radical hidroxil és un potent oxidant amb capacitats per oxidar la matèria orgànica. Mentres que la radiació accelera i afavoreix la reducció de Fe³⁺a Fe²⁺.

Fe²⁺+ hv + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH^• + OH^-

Representació esquemàtica

Esquema procés foto-Fenton:1.Reactor 2. Agitador 3. Altres 4. Reactius 5. Entrada al reactor 6. Sortida del reactor 7. Bomba 8. Cabalímetre 9. Reactor solar (CPC)

Es pot veure un exemple del que seria la instal·lació d'un sistema per realitzar el tractament en aigües mitjançant la reacció de foto-Fenton.^[3]

Aquest sistema és molt utilitzat per al tractament d'aigües residuals.

Es representa:

Reactor: Aquest té fins a quatre entrades i està fet d'un material resistent, normalment de vidre.
Agitador: Ens permetrà homogeneïtzar la mostra.
Altres: Aquesta part de la tapa del reactor, ens permet treballar en altres condicions, com per exemple a pressió.
Reactius: S'afegeix els reactius necessaris, expressats anteriorment, Fe²⁺ i H₂O₂
Entrada al reactor: Es produeix l'entrada de l'aigua que estem tractant, en aquest cas provinent del reactor solar.
Sortida del reactor: Gràcies a l'ajuda de la bomba s'extreu l'aigua desitjada amb la finalitat de fer-la passar per tot el circuit.
Bomba: Fa el treball suficient com per fer circular l'aigua sempre amb el cabal desitjat.
Cabalímetre: Permet saber amb tot detall el cabal d'aigua que està circulant, sent una de les variables del procés.
Reactor solar (CPC): Aquest rep la radiació solar, ja sigui provinent del sol o d'altres fonts d'energia solar com són els emissors de radiació UV. Tenint en compte que preferiblement s'utilitza, sempre que sigui possible, la llum solar, sent una font d'energia renovable.

Procés de Fenton

Aquest procés avançat d'oxidació va ser descobert per Henry John Horstman Fenton, qui va saber considerar les propietats oxidatives d'aquesta reacció, així com tots els avantatges que presentava (poca inversió capital, ja que els productes no són complexos i per tant són de fàcil adquisició).

La mescla de peròxid d'hidrogen amb quantitats catalítiques de ferro (II) és conegut com a reactiu de Fenton. Aquesta dissolució presenta una elevada capacitat oxidativa degut a la generació del radical hidroxil apartir de la següent reacció: Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH^• + OH^-.

Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH^• + OH^-

Fe²⁺+ OH^• → Fe³⁺ + OH^-

H₂O₂+ OH^•→ HO_2^•+ H₂O

Fe²⁺+ HO_2^• → Fe³⁺+ HO_{2 -}

2OH^• → H₂O₂

2 HO_2^•→H₂O₂ + O₂

HO_2^•+ OH^• → H₂O₂

OH^•↔ OH^{• -}+ H⁺

H₂O₂↔ HO_{2 -} + H⁺

HO_2^•↔ O^.- + H⁺

Actualment, el procés basat en la reacció de Fenton és considerat un dels principals processos d'oxidació avançada (AOP’s) per tractament d'aigües o sòls contaminats.^[4]

Radiació visible (UV/ visible)

Les ones electromagnètiques que arriben principalment a la superfície terrestre són: UVB (280-320 nm), UVA (320-380nm), visible (380-720nm) i infraroig (720-4.000nm). Cal tenir present que existeixen altres ones amb diferents freqüències i longituds d'ona (Com per exemple: els raigs còsmics, els raigs gamma, raigs X i altres de menys interès pel nostre cas com són els de radio i televisió). La font més utilitzada per portar a terme el procés de foto-Fenton és les radiació visible. S'ha de tenir en compte, que en la majoria de casos de foto-Fenton la millor opció per dur a terme el procés és la llum solar, ja que és una font d'energia renovable.^[5]

Altres

A més a més de la combinació del reactiu Fenton amb radiació, també trobem el procés d'electro-Fenton i la combinació tots tres, en el procés de fotoelectro-Fenton, on s'aprofiten els avantatges dels dos tipus de reaccions. Aquest últim procés d'oxidació avançada consisteix a utilitzar de forma simultània l'electrogeneració de H₂O₂amb la presència de Fe²⁺ i l'energia obtinguda de la radiació .

Referències

↑ Arslan-Alaton I., Tureli G., Olmez-Hanci T.. Treatment of azo dye production wastewaters using Photo-Fenton-like advanced oxidation processes: Optimization by response surface methodology. 202, 2009, p. 140-152.
↑ G. Ruppert, R. Bauer, G. Heisler «The photo-Fenton reaction — an effective photochemical wastewater treatment process». Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 73, 1993 pàg. 75-78.
↑ Cristina Adan, Arturo Martı´nez-Arias, Sixto Malato, Ana Bahamonde ««New insights on solar photocatalytic degradation of phenol over Fe-TiO2 catalysts: Photo-complex mechanism of iron lixiviates». Applied Catalysis B: Environmental, 87, 2009, pàg. 130.
↑ F. Javier, Juan L. Acero, Francisco J. Real, Gloria Roldan, Francisco Casas «Comparison of differents chemical oxidation treatments for the removal of selected pharmeceuticals in water matrices». Chemical Engineering Journal, 168, 2011 pàg. 1149-1156.
↑ Cristina Adan, Arturo Martı´nez-Arias, Sixto Malato, Ana Bahamonde «New insights on solar photocatalytic degradation of phenol over Fe-TiO2 catalysts: Photo-complex mechanism of iron lixiviates». Applied Catalysis B: Environmental, 87, 2009 pàg. 105-145.