Presentacion lm

Autor: Luis Manuel Pérez PuentesDirector: Dr. Javier Herguido HuertaCodirectora: Dra. Mª Pilar Pina Iritia

CENTRO POLITÉCNICO SUPERIORDepartamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente

DESARROLLO DE UN SISTEMA BASADO EN MEMBRANAS CATALÍTICAS PARA

LA ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN MEDIO ACUOSO

ÍNDICE

Planteamiento Objetivos Introducción Sistema Experimental Resultados Conclusiones

PLANTEAMIENTO

Desarrollo de Nuevas tecnologías

Vertidos de aguas residuales

Restricciones legislativas

+

ÍNDICE


OBJETIVOS

Diseño Instalación Puesta en marcha Determinación de las condiciones de trabajo

Estabilidad fluidodinámica Presión de contacto Temperatura

Ensayos de reacción

1.- Implantación de un nuevo tipo de contactor para la oxidación en fase acuosa de fenol

OBJETIVOS

Mejora del confinamiento del material activo dentro de la capa fina

Estudio SEM-EDX Ensayos complementarios de combustión Ensayos de oxidación en fase húmeda

2.- Desarrollo de un método de impregnación de membranas

ÍNDICE


INTRODUCCIÓN

Impacto ambiental de las aguas residuales

Ecotoxicidad en sistemas terrestres

Efectos tóxicosen la salud humana

Ecotoxicidad ensistemas acuáticos

INTRODUCCIÓN

Estrategias generales para el tratamientode aguas residuales

Minimizar producción de residuos

desarrollandotecnologías limpias

Mejora del rendimientode las tecnologías

existentes

Construir sistemas cerrados de recicladode agua con descarga

nula

INTRODUCCIÓN

Tratamientos de aguas residuales

FÍSICOS

Adsorción

Resinassintéticas

Carbón activo

Gestión posterior

DescomposiciónDesorción

Térmica

Extracción

Electrolítica

Microbiana

Química

Catalítica

BIOLÓGICOS

Generación de lodos

Gestión posterior

Vertedero Incineración

QUÍMICO

Ajustar Ph

Coagular

Precipitar

Oxidar

Reducir

Acondicionarlodos

INTRODUCCIÓN

Tratamientos de aguas residuales a desarrollar

CATALÍTICOS

Reducción Oxidación

Hidrodecloración

Hidrodenitración

Con aire en fase húmeda

Supercríticaen fase húmeda

Procesos avanzados

INTRODUCCIÓN

Elección del proceso

OXIDACIÓN CATALÍTICA EN FASE HÚMEDA

Compuestos orgánicosdisueltos

Oxidación con aire

Inorgánicos oxidables

Reactor trifásico

Medio ambiente

Económico

Mejora otras tecnologías

Catalizador

INTRODUCCIÓN

Elección del catalizador y del soporte

Alta selectividad

Altas velocidades de oxidación

Buen contacto entre fases

Estabilidad

CATALIZADOR

Resistencia mecánica / atricción

Alta actividad

Resistencia a los venenos

Óxidos puros

Óxidos mixtos

CeO2

ZrO2

MnxOy

CeO2-ZrO2

CeO2-MnxOy

SOPORTE

Inhibe sinterización

Área superficial

Mejora hidrofobicidad

Actividad

γ-Al2O3

Dispersión

Estabilidad química y térmica

INTRODUCCIÓN

Elección del reactor

REACTOR DE MEMBRANA

No hay arrastre de catalizador

Buen control de temperatura:evita la sinterización Poro de fácil acceso:mejora la transferencia de O2

Buen control del proceso

ÍNDICE


SISTEMA EXPERIMENTAL

• Descripción del sistema• Preparación de membranas• Caracterización físico-química


Preparación de membranas catalíticas

Cortar tubos Limpieza Esmaltado Vitrificado

• Soporte



• Activación del soporte

Impregnación

Solución de

nitratos

P= 1at

Impregnación

Solución de

nitratos

P= 1at

Vacío

Lavado

VacíoVacío

Lavado

Vacío

Lavado

VacíoVacío

LavadoPrecipitación

PrecipitanteNH3 30%

P= 1at

Precipitación

PrecipitanteNH3 30%

P= 1at

PrecipitanteNH3 30%

P= 1at



Limpieza Activación Secado Calcinación

Zona macroporosa

Zona mesoporosa

Material catalíticamente activo

a) b) c)


Variaciones

Objetivo: Confinar el material activo en la capa fina

• Impregnación : simultánea o secuencial• Tiempo de impregnación• Concentración de la disolución precursora• Tiempo de secado • Lavado y tefloneado


Muestra Particularidades del métodoSecado (min)

CalcinacMasa (mg)

L1 Z0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 5,20

L2 C0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 8,00

L4 CZ0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 7,20

L6 Secu0,5C 1,5´- Z2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 7,00

L7 (Lav/tefl)secu0,5C 1,5´- Z2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 11,30

L8 CZ0,5M 1,5´ 5 350ºC x 3h 4,50

L9 (Lav/tefl)CZ0,5M 1,5´ 5 350ºC x 3h 1,70

L16 CZ2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 32,60

L17 (Lav/tefl)CZ2,5M 3´ 5 350ºC x 3h -

L18 Secu2,5C 3´/ Z2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 26,60

L19 (Lav/ tefl)secu2,5C 3´/ Z2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 3,70

Testigos preparados de Ce-Zr:

- : Sin precipitación intermedia / : Con precipitación intermedia


Testigos preparados de Ce-Mn:

Muestra Particularidades del método Secado (h) Calcinac Masa (mg)

L2 C0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 8,00

L3 M0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 2,90

L5 CM0,5M 3´ 5 350ºC x 3h 9,90

L10 CM2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 66,40

L11 (Lav/tefl) CM2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 4,10

L12 0,5CM2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 35,60

L13 (Lav/ tefl) secu 0,5 C 3´/ M2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 1,80

L14 Sec 0,5C 3´/M2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 12,70

L15 (Lav/tefl)0,5CM2,5M 3´ 5 350ºC x 3h 2,10

/ : Con precipitación intermedia


Técnica de caracterización físico-química

• Microscopía electrónica de barrido : SEM-EDX

ÍNDICE


RESULTADOS

Puesta a punto de la instalación Presión de contacto Estabilidad fluidodinámica

Membranas catalíticas Variaciones del método Ensayos preliminares de combustión Ensayos de oxidación húmeda

RESULTADOS : Puesta a punto

Presión de contacto

Determinación del volumen por pérdida de peso

0,10 g

0,05 g


Presión de contacto

Agua

Aire

0

h V

Determinación del volumen experimental

Estabilidad fluidodinámica


Estabilidad a temperatura ambiente y baja presión



Estabilidad a temperatura ambiente y alta presión



Estabilidad a alta temperatura y baja presión



Estabilidad a alta temperatura y alta presión

0 2000 4000 6000 8000 10000

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 2000 4000 6000 8000 10000

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

V (

ml)

Tiempo (s)

dP (

bar)

Tiempo (s)



Estabilidad sin depósito pulmón

RESULTADOS : Membranas catalíticas

Microscopía electrónica de barrido (SEM-EDX)

Zona macroporosa

Zona mesoporosa

Material catalíticamente activo

a) b) c)



Impregnación simultánea o secuencial

Ce-Mn



Impregnación simultánea o secuencial

Ce-Zr



Tiempo de impregnación

Ce-Zr



Concentración de las disoluciones precursoras

Ce-Mn



Concentración de las disoluciones precursoras

Ce-Zr



Lavado y tefloneado previo a la impregnación

Ce-Mn y Ce-Zr



Tiempo de secado entre impregnación y precipitación



Ensayos previos de combustión de n-hexano

MuestraCatalizado

rW(cat)(mg)

Qalim (ml/min)

S(h-1)

Concentración

(ppm V)

T50%

(°C)

T95%

(°C)

L1 con secado

Z0,5M 3´ 18,10 18,10 77,77 2253 340 466

L1 sin secado Z0,5M 3´ 23,80 23,50 76,48 2104 308 395

L2 con secado

C0,5M 3´ 38,00 40,00 83,94 1988 344 436

L2 sin secado C0,5M 3´ 24,70 25,40 79,60 2325 325 423

L3 con secado

M0,5M 3´ 21,00 22,60 83,47 1994 295 368

L3 sin secado M0,5M 3´ 8,20 8,30 78,96 2360 249 326Mejoras significativas incluso con cargas de catalizador mucho menores

p(%)

61

Memb

M

T50%

46 42

T95%



Ensayos de oxidación húmeda de fenol

T = 80°C

P = 0,5 bar

QO2 = 40ml/min

Qdisol = 9 ml/min

(catalizador/líquido)= (0,0181g/300 ml)

18%

ÍNDICE

Introducción Sistema Experimental Resultados Modelado cinético Simulación Conclusiones

CONCLUSIONES

Planta de oxidación húmeda

• CLAVE : • Novedosa forma de contacto que supone la utilización de un reactor de membrana como contactor G-L-S

• RESULTADOS:• Diseñada, montada y puesta a punto• Condiciones fluidodinámicas estables• Posibilidad de confinar la interfase de reacción en la zona deseada• Mejora del contacto gas-líquido-sólido• Posibilidad de trabajar en condiciones independientes en ambas fases

CONCLUSIONES

Planta de oxidación húmeda

• TRABAJO FUTURO : • Continuar ensayos de reacción• Comparar con otros métodos convencionales• Estudiar influencia de los distintos parámetros• Desarrollo del modelado del reactor

CONCLUSIONES

Método de impregnación

• CLAVE : • Confinamiento del material activo en la capa fina donde se situará la interfase de reacció G-L

• RESULTADOS:• Influencia del secado entre impregnación y precipitación en el confinamiento del material activo en la capa fina • Mejor confinamiento y mayor carga de material activo en la capa fina• Mejora de la membrana para su uso en combustión

CONCLUSIONES

Método de impregnación

• TRABAJO FUTURO : • Continuación del estudio y mejora del método• Utilización de otros soportes

CONCLUSIONES

Conclusión final

El reactor de membrana catalítica utilizado para la oxidación en fase húmeda de contaminantes orgánicos puede convirtirse en una tecnología económicamente ventajosa, capaz de afrontar los

problemas planteados en el tratamiento de aguas residuales y sobre todo respetuosa con el medio ambiente.

Autor: Luis Manuel Pérez PuentesDirector: Dr. Javier Herguido HuertaCodirectora: Dra. Mª Pilar Pina Iritia

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DESARROLLO DE UN SISTEMA BASADO EN MEMBRANAS CATALÍTICAS PARA

LA ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN MEDIO ACUOSO

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