Universidad Veracruzana

Título:
Estudio Comparativo de la Degradación Fotocatalítica de la Cafeína en Solución Acuosa

Resumen:
En el presente trabajo de investigación se realizó el estudio comparativo la degradación fotocatalítica de la cafeína, un estimulante de amplio consumo a nivel mundial. La cafeína utilizada en los experimentos de degradación es grado reactivo marca Sigma-Aldrich. Los experimentos de degradación se llevaron a cabo en tres sistemas de reacción (sistema de reacción batch con lamparas UV, sistema de reacción batch irradiado con luz natural y sistema de flujo continuo tipo PFR), se utilizó TiO2 comercial Evonik Degussa P25 y Eu2O3-TiO2 como catalizadores.
Se realizaron experimentos con soluciones de cafeína con diferentes concentraciones (10, 20, 40, 50, 60, 80 y 100 ppm), para estudiar los porcentajes de degradación de cada solución en cada sistema de reacción, así como el efecto fotoquímico y la masa de catalizador necesaria para llevar acabo las degradaciones.
Las muestras de reacción se analizaron mediante espectroscopia de UV-vis, analizador de Carbón Orgánico Total TOC y cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC).
Los resultados experimentales demostraron que el compuesto orgánico se degrada de diferente forma en cada sistema, cada catalizador (TiO2 y Eu2O3-TiO2) comportándose con una cinética se pseudo-primer orden.

Autor del Trabajo:
Ing. Alejandro Vicencio Juárez

Director del Trabajo:
Dr. Raúl Alejandro Luna Sánchez

Participantes:
Dr. Edgar Moctezuma Velázquez

Conclusiones:
En el estudio comparativo de los tres sistema demuestra que la cafeína no puede ser eliminada por un proceso fotoquímico empleando luz natural o artificial. La degradación de este compuesto requiere un proceso fotocatalítico para alcanzar porcentajes considerables de eliminacion y formacion de compuestos inocuos para el ambiente.
Se determino en el sistema batch con lámparas UV que el TiO2 en 60 minutos degrada al microcontaminante casi en su totalidad en distintas concentraciones, mientras que el catalizador Eu2O3-TiO2 (1:100, 5:100, 10:100) en una concentración de 20 ppm no promovio una degradación eficaz al solo degradar el 10% del microcontaminante cafeína durante 180 minutos de reacción.
La masa optima del catalizador para el sistema de flujo continuo tipo PFR es de 0.7 g/L de TiO2 obteniendo la eliminación total del microcontaminate.
Se obtuvo la comparación de los sistema activados con luz natural, siendo la reacción más favorable la que se trabajo con TiO2 al obtener una degradación superior al 95 % del microcontaminante, mientras que la reacción con Eu2O3-TiO2 solo se degradó un 54.22 % de cafeína.
La comparación de catalizadores nos demuestra que Eu2O3-TiO2 es más eficaz cuando se irradia con luz natural, mientras que el TiO2 en ambos sistemas tiene una degradación favorable, ya que se demuestra que en 60 minutos en el sistema artificial el contaminante es eliminado por completo y en el sistema natural en 180 minutos el contaminante se elimina.
Los fotocatalízadores Eu2O3-TiO2 que mostraron mejor actividadad en la degradación fotocatalítica de cafeína fueron Eu2O3-TiO2 (1:100) en el sistema de reacción natural y Eu2O3-TiO2 (10:100) en el sistema activado con luz artificial.
La degradación fotocatalítica de cafeína utilizando TiO2 degussa Evonic P25 es favorecida en un en un sistema batch con luz artificial, mientras que Eu2O3-TiO2 presenta su mejor actividad en un sistema batch con luz natural.

Palabras clave:
Reacción, sistema, degradación, cafeína, experimentos, batch, catalizador, orgánico.

Fecha:
09/2018.

Editor:
Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Veracruzana Región Poza Rica – Tuxpan.

Colección:
Fotocatálisis.