En muchas de nuestras sociedades modernas, cuando el agua ha sido utilizada se convierte en un objeto de desecho, lo cual representa una seria amenaza a la salud, dado que durante su consumo es contaminada con contaminantes tóxicos prioritarios tales como plaguicidas, bifenilos policlorados, metales, compuestos inorgánicos (asbestos y cianuros), alifáticos halogenados, ésteres ftálicos, aromáticos monocíclicos, ésteres, fenoles, hidrocarburos aromáticos policíclicos y nitrosaminas. Al percatarse del grado de contaminación alcanzado, poco a poco se fueron desarrollando algunos métodos de tratamiento. Además de los métodos de tratamiento convencionales (primarios, secundarios y terciarios), durante las últimas décadas han surgido los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO), los cuales utilizan luz UV-VIS como fuente de excitación de materiales catalíticos altamente sensibles a la radiación ó fotocatalizadores. _x000D_ _x000D_ _x000D_ Los Procesos Avanzados de Oxidación representan reacciones principalmente de oxidación que tienden a transformar los compuestos orgánicos tóxicos e inorgánicos en compuestos más sencillos y no tóxicos tales como CO2 y ácidos minerales. Dentro de los PAO, los procesos fotocatalíticos asistidos con luz UV representan una técnica potencialmente útil para el tratamiento de soluciones contaminadas. Por tanto, la degradación fotocatalítica de compuestos orgánicos tóxicos en aguas residuales utilizando lámparas UV o concentración solar como fuente de excitación de los materiales fotocatalíticos (ó fotocatalizadores), constituye hoy en día una alternativa muy eficaz al tratamiento de aguas contaminadas._x000D_ _x000D_ _x000D_ Para excitación de los materiales fotocatalíticos durante los procesos de degradación, en el CIE UNAM se han realizado las primeras etapas a nivel laboratorio, esto es, se han utilizado lámparas UV y luz blanca en reactores de bajo volumen (0.5 a 2 litros). También se han diseñado colectores solares de la radiación UV de canal parabólico, cuya desventaja es el sistema de seguimiento del movimiento aparente del sol por ser un sistema caro. Una de las partes sustanciales de este proyecto es la propuesta de diseño, fabricación, instrumentación y puesta en marcha de tres reactores fotocatalíticos. a) Uno para fotocatálisis heterogénea con TiO2, b) uno para procesos foto-Fenton con reactivo de Fenton inmovilizado) y c) otro para estudios de eficiencia catalítica del fotocatalizador de TiO2 en función de la concentración de la radiación solar. Todos los reactores fotocatalíticos serán integrados con colectores solares CPC nivel de planta piloto que manejen volúmenes más representativos (60-100 l) y que sean la base para poder escalar a plantas de tratamiento de aguas residuales que degraden al menos 1 metro cúbico diario de aguas residuales. Los colectores solares CPC son estáticos y no necesitan sistema de seguimiento alguno. En dichos reactores fotocatalíticos serán utilizados los materiales fotocatalíticos de TiO2 y reactivo de Fenton inmovilizados._x000D_ _x000D_ _x000D_ El diseño de los reactores fotocatalíticos contempla incluye un tubo cilíndrico montado sobre la línea focal del colector solar que es utilizado como el reactor fotocatalítico donde es colocado el fotocatalizador y el contaminante en solución acuosa. El reactor fotocatalítico para estudios en función de la concentración incluye la integración de cinco colectores solares de Canal Parabólico Compuesto (1, 1.5, 1.75, 2 y 2.5 soles de concentración), ya que a la fecha no existe intento alguno a nivel de plataforma solar en el cual se haya incrementado a más de 1 sol la concentración solar en concentradores CPC con fines de degradación fotocatalítica. La fabricación de los tres reactores fotocatalíticos arriba mencionados es única en México. También se llevará a cabo la instrumentación a nivel de plataforma solar de los tres reactores fotocatalíticos mencionados con sistemas de monitoreo de las variables experimentales que describen los procesos de degradación tales como presión, temperatura, velocidad de flujo y sensores de carbón orgánico total, oxígeno disuelto, pH y peróxido de hidrógeno. Adicionalmente se llevarán a cabo medidas de demanda química de oxígeno y toxicidad. Los datos de radiación solar (global, directa y UV) serán recolectados de la estación solarimétrica que opera continuamente en el CIE-UNAM._x000D_ _x000D_ _x000D_ Durante este trabajo se proponen dos tipos de procesos fotocatalíticos, con TiO2 y foto-Fenton, los cuales incluyen reacciones de oxidación que tienden a transformar compuestos orgánicos tóxicos en compuestos más sencillos (no tóxicos), CO2 y ácidos minerales. En procesos fotocatalíticos con TiO2 se prepararán películas delgadas de TiO2 mientras que en el proceso foto-Fenton se utilizará el denominado reactivo de Fenton (sales de hierro) inmovilizado, los cuales pueden ser excitados ya sea por medio de una lámpara UV ó la radiación solar como fuente de excitación. Durante este proyecto preferentemente se utilizará radiación solar como fuente de excitación._x000D_ _x000D_ _x000D_ El desarrollo de materiales fotocatalíticos de TiO2 por la técnica sol-gel en forma de nanopartícula es ya una tarea muy dominada a nivel laboratorio. Esto nos permite inmovilizar los catalizadores en forma de nanopartícula sobre matrices de borosilicato (vidrio). Varias son las ventajas que presentan los catalizadores en forma de nanopartícula con relación a tamaños mayores, entre ellas se tienen: a) Por ser la fotocatálisis un fenómeno superficial, las nanopartículas inmovilizadas presentan una alta densidad de área específica y b) Los catalizadores en forma de nanopartícula presentan un incremento en los potenciales redox y con ello una mayor capacidad para degradar una gama más amplia de contaminantes. En contraste al caso del fotocatalizador inmovilizado de TiO2, con el reactivo de Fenton normalmente se trabaja en fase homogénea, por lo que durante este proyecto se propone desarrollar un fotocatalizador de hierro inmovilizado que sea catalíticamente tan activo como el reactivo de Fenton. _x000D_ _x000D_ _x000D_ El CIE-UNAM cuenta ya con la experiencia de haber degrado a nivel laboratorio y en pequeños dispositivo solares de canal parabólico (CP), compuestos orgánicos tóxicos tales como el detergente dodecilbencenosulfonato de sodio (DBSNA), el plaguicidas aldrín y el 4-clorofenol y transformándolos en compuestos no tóxicos, como lo demuestran medidas de toxicidad._x000D_ _x000D_ _x000D_ Debido a su gran uso en industrias y alta persistencia en aguas residuales, los compuestos contaminantes que serán degradados fotocatalíticamente durante este proyecto serán los colorantes textiles amarillo y rojo lanasol, y el plaguicida carbarilo. Dichos procesos de degradación serán útiles para evaluar el desempeño de los reactores fotocatalíticos anteriormente descritos. _x000D_

Sin duda alguna, la descontaminación de nuestras aguas residuales representa un gran logro hacia una lucha de sobrevivencia en nuestro planeta, considerando en particular que en algunas regiones de nuestro país se alcanza una disponibilidad anual muy baja por habitante (289 m3/año). Si se considera que los Procesos Avanzados de Oxidación constituyen una alternativa relativamente joven en el tratamiento de aguas residuales (tres décadas), esto representa un manojo de oportunidades en varias disciplinas (ingeniería mecánica, eléctrica, control e informática, química y física) para alcanzar una tecnología en la cual podamos tener incidencia. Para ello se debe tener en cuenta que debemos innovar, diseñar y construir partes, componentes, dispositivos y aún sistemas que satisfagan nuestras necesidades propias en esta área. Para ello se considera que estas son nuestras contribuciones:_x000D_ _x000D_ 1. Fomento en México hacia una cultura de tratamiento alternativo de nuestras aguas residuales por descargas rurales e industriales, dado que el deterioro ambiental que presenciamos hoy en día es impresionante. Fortalecimiento de una alternativa ambientalmente amigable (los Procesos Avanzados de Oxidación) en el tratamiento de aguas contaminadas que utilizan radiación solar como fuente de excitación a nivel de plataforma solar y a nivel prototipo._x000D_ _x000D_ 2. Diseño, fabricación, instrumentación y puesta en marcha de 1 reactor fotocatalítico integrado con Colectores Cilindro Parabólico de 1 sol de concentración, con un área de captación de 7.6 m2 y manejo de un volumen de 60 litros con el propósito de estudiar la degradación fotocatalítica utilizando ya sea fotocatalizadores de Fe2O3 o de TiO2._x000D_ _x000D_ 3. Diseño, fabricación, instrumentación y puesta en marcha de 1 reactor fotocatalítico integrado con Colectores Cilindro Parabólico de 2 soles de concentración, con un área de captación de 7.6 m2 y manejo de un volumen de 60 litros con el propósito de estudiar la degradación fotocatalítica utilizando ya sea fotocatalizadores de Fe2O3 o de TiO2. Ya que a la fecha nivel, ni a nivel laboratorio ni a nivel prototipo, se ha intentado incrementar la concentración solar a mas de 1 sol de concentración colectotres CPC con fines de degradación fotocatalítica. Esta será una contribución muy relevante._x000D_ _x000D_ 4. Diseño, fabricación, instrumentación y puesta en marcha de un reactor fotocatalítico integrado con cinco colectores solares de Canal Parabólico Compuesto (de 1, 1.5, 1.75, 2 y 2.5 soles de concentración; área de captación 2.25 m2 y manejo de un volumen de 3.5 litros por colector) con el propósito de estudiar la eficiencia catalítica del fotocatalizador de TiO2 en función de la concentración de la radiación solar, ya que a la fecha no existe intento alguno en el cual se haya incrementado a más de 1 sol la concentración solar en concentradores CPC con fines de degradación fotocatalítica. Esta será una contribución muy relevante al proyecto._x000D_ _x000D_ 5. Una metodología en el diseño y fabricación de reactores fotocatalíticos integrados colectores solares CPC para estudios de fotocatálisis._x000D_ _x000D_ 6. Con relación al desarrollo y preparación de materiales fotocatalíticos, otra contribución importante es el demostrar que la fotocatálisis heterogénea a nivel prototipo de aguas contaminadas utilizando los fotocatalizadores de inmovilizados de TiO2 es tan eficiente como los sistemas en suspensión utilizando el catalizador en forma de polvo. La inmovilización del catalizador significa recuperarlo (no perderlo) sin grandes esfuerzos después de cada proceso de degradación, reutilizarlo nuevamente y evitar los procesos de recuperación (inversión de trabajo y tiempo) que se presentan con catalizadores en suspensión como tradicionalmente se hace._x000D_ _x000D_ 7. Otra contribución muy relevante durante este trabajo será el demostrar a nivel prototipo que la fotocatálisis heterogénea, utilizando el sistema inmovilizado de Fe2O3, es catalíticamente tan eficiente para degradar compuestos orgánicos tóxicos como lo es el reactivo de Fenton (sales de hierro) en la fotocatálisis homogénea. Esta será una contribución muy novedosa, para lo cual se inmovilizará el fotocatalizador de óxido de hierro sobre sustratos de vidrio._x000D_ _x000D_ 8. A nivel de plataforma solar y utilizando los reactores fotocatalíticos aquí construidos, el llevar a cabo la degradación fotocatalítica de aguas contaminadas con colorantes textiles y el plaguicida carbarilo, tanto en fase homogénea, utilizando sales de hierro como en fase heterogénea utilizando películas delgadas de nanopartículas de Fe2O3 por medio de reacciones foto-Fenton. _x000D_ _x000D_ 8. A nivel de plataforma solar y utilizando reactores fotocatalíticos aquí construidos, el llevar a cabo la degradación fotocatalítica en fase heterogénea de colorantes textiles y el plaguicida carbarilo por medio de nanopartículas de TiO2 en forma de película. _x000D_ _x000D_ Una vez con los reactores fotocatalíticos desarrollados, la visión a mediano plazo (3-4 años) es constituir una planta fotocatalítica de tratamiento de aguas residuales que ataque problemas puntuales de contaminación de la industria o zonas rurales, lo cual sale de la capacidad de financiamiento de este tipo de proyectos. Dado los niveles de contaminación de nuestras aguas, donde se realizan descargas industriales y rurales de alto nivel de contaminación a nuestros mantos acuíferos, el impacto benéfico a nuestro ambiente sería muy positivo. Si además se tuviera el apoyo económico, tecnológico y de vinculación, porque la visión se tiene, y pudieran transferirse dichos conocimientos a los sectores rural e industrial, nosotros mismos como sociedad saldríamos enormemente beneficiados al contribuir a recuperar un elemento vital para la vida._x000D_