Estudio de la degradación de vapores de n-hexano mediante el acoplamiento de fotólisis y fotocatálisis como sistemas de pre y post tratamiento a un biofiltro

Abstract

"In this PhD Thesis work the application of photolysis and photocatalyst processes were studied as pre and post treatment of a biofilter for the elimination of hexane and spores emitted by this biological process. In the first part of this work, a batch system was used and consisted in a glass annular photoreactor with a volume of 0.21L containing a quartz tube with a lamp irradiating UV light at 254nm. Two different photocatalyst were used, the ZnO and the TiO2. The use of ZnO, synthesized by a thermal method, allowed a removal efficiency of 97%. The degradation rates obtained for ZnO, and normalized to BET area (3.96E-06 ghexane m-2 min-1) were higher than those obtained for TiO2 (1.7E-07 g m-2min-1). The degradation analysis under this photocatalyst treatment allowed to identifying secondary alcohols and ketones as the main degradation byproducts. The second part of the investigation consisted of the operation of a photoreactor/biofilter combined system for hexane treatment on a continuous mode. An inlet load of 40 g m-3h-1 was treated in the photoreactor at EBRT of 1 minute, meanwhile the in load of the biofilter depends on the performance of the photoreactor. The results showed that the photocatalyst pretreatment allowed the production of soluble and easily biodegradable byproducts which had a positive effect on hexane removal and allowed to obtain a maximum elimination capacity (EC) of 43 g m-3h-1. However the use of ZnO only supported maximum photocatalytic activities for 14 hours before its complete deactivation. This study determined that the photocatalytic pre-treatment improved the subsequent biofilter performance better than each process separately. In the third part of the project the application of a photo-assisted post-treatment for hexane removal and spore emission control was studied. For this purpose, a 1.8L perlite-packed biofilter were inoculated with a fungal consortium. The biofilter and photoreactor were operated at gas residence times of 1.2 min and 0.14 min, respectively, and a hexane inlet load of 115 g m-3h-1. The biofilter reach an EC under steady state of 40 g m-3h-1, which increased 25% when the photocatalytic system was further coupled. However, a fast ZnO deactivation was registered, entailing a continuous ZnO regeneration every 48 hours."

"Durante la biofiltración de vapores de hexano se estudió la aplicación de procesos de fotólisis y fotocatálisis como pre y post tratamientos así como su aplicación como sistemas de control de esporas emitidas por este proceso biológico. En la primera parte del trabajo se utilizó un sistema en lote, en el cual se operó un fotorreactor anular de vidrio de 0.21 L que contenía un tubo de cuarzo donde se colocó la lámpara con irradiación UV de 254nm. Se utilizó el semiconductor ZnO cono catalizador y se comparó con el TiO2. El catalizador ZnO, sintetizado por un método térmico, permitió una eficiencia de remoción del 97%. Las velocidades de degradación de hexano obtenidas con ZnO se normalizaron al área BET (3.96E-06 ghexano m-2 min-1), resultaron ser mayores a las del TiO2 (1.7E-07 ghexano m-2 min-1). El análisis de CG-MS bajo los tratamientos foto-asistidos permitió identificar a los alcoholes secundarios y cetonas como los principales subproductos de degradación del hexano. La segunda parte de esta investigación consistió en la operación de un sistema acoplado fotorreactor/biofiltro para la eliminación de hexano en un sistema en continuo. Para ello se trató una carga de hexano de 40 g m-3 h-1 en el fotorreactor a un tiempo de residencia de 1.0 minuto, mientras que en el biofiltro la carga varió según el desempeño del fotorreactor. Los resultados mostraron que el pre-tratamiento fotocatalítico mejoró la remoción de hexano, logrando registrarse en el biofiltro capacidades de eliminación a valores de hasta 43 g m-3h-1 durante la máxima actividad fotocatalítica del ZnO. Sin embargo la máxima actividad fotocatalítica solo duró 14 horas antes de desactivarse completamente. Este estudio determinó que el pre-tratamiento foto-asistido seguido del proceso de biofiltración mejora significativamente la degradación de hexano comparado con el desempeño de cada proceso por separado. En la tercera parte del proyecto, se aplicaron los procesos foto-asistidos como post-tratamiento de biofiltros fúngicos para eliminación de hexano y el control de esporas emitidas por este biofiltro. El biofiltro y el fotorreactor fueron operados a tiempos de residencia de 1.2 y 0.14 minutos, respectivamente, y a una carga de entrada en el biofiltro de 115 g m-3 h-1. El biofiltro alcanzó una EC en el estado estable de 40 g m-3h-1, la cual incrementó en un 25% al acoplarse posteriormente el proceso fotocatalítico."