El presente trabajo, investigó la actividad bactericida del TiO2 como catalizador en la desinfección de agua para consumo humano, empleando dos elementos novedosos: TiOs inmovilizado en un medio flexible y un fotorreactor en cascado. El reactor de bajo flujo radiativo fue diseñado y fabricado para ser probado en la disinfección de agua mediante procesos fotocataliticos y no fotocataliticos. El reactor de pruebas fue primeramente caracterizado por medios actinómetricos, para determinar la eficiencia desde el punto de vista óptico del sistema...

RESUMEN: La contaminación del agua se ha convertido en un desafío global que perjudica la salud física y ambiental de millones de personas. Los recursos hídricos están actualmente amenazados debido al incremento de contaminantes emergentes de origen antropogénico procedentes tanto de sectores industriales como de otro tipo de fuentes contaminantes. Entre estos contaminantes, las sustancias poli- y perfluoroalquílicas (PFASs) son compuestos altamente persistentes que han sido liberados al medio ambiente debido a su amplio uso en numerosas aplicaciones industriales y domésticas desde hace más 50 años. La alta resistencia de los PFASs a los tratamientos de agua convencionales hace necesario desarrollar tecnologías avanzadas capaces de tratar las emisiones de PFASs y aguas contaminadas, con bajo costo y alta eficiencia. Las estrategias fotoquímicas y electroquímicas han surgido como tecnologías prometedoras para la eliminación de PFASs, debido a su capacidad de mineralización de la materia orgánica. Esta tesis tiene como objetivo estudiar la aplicación de diferentes tecnologías electroquímicas y fotoquímicas para la remediación de PFAS en agua. | ABSTRACT: Water pollution is a crucial global challenge that harm physical and environmental health of millions of people. Water resources are currently threatened due to the increased presence of anthropogenic emerging contaminants from industrial and non-industrial sectors. Among these contaminants, poly- and perfluoroalkyl substances (PFASs) are persistent compounds that have been extensively released to the environment due to their use in a wide variety of industrial and household applications for more than 50 years. The inherent resistance of PFASs to conventional water treatments makes necessary to develop advanced technologies to deal with PFASs emissions and polluted water, with low-cost and high efficiency. Electrochemical and photochemical strategies have become promising technologies for PFAS removal due to the capability to mineralize organic matter. This thesis aims at the study on the application of different electrochemical and photochemical technologies for the remediation of PFAS in water. | The research described in this thesis was conducted at the Environmental and Bioprocess Technologies (EBT) Research Group in the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the University of Cantabria. This research was financially supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the European Regional Development Fund through the projects: CTM2013-44081-R (RETOS-FEDER, UE), “Development of innovative technologies for the treatment of perfluorinated contaminants in water”; and, CTM2016-75509-R (RETOSFEDER, UE), “Advanced strategies for the integration of membranes and electrocatalytic and photocatalytic processes for the elimination of persistent pollutants”. The author of the thesis would also like to express her gratitude to the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness for the FPI postgraduate research grant (BES-2014-071045) and a predoctoral mobility grant for conducting short stays in R&D Centers (EEBB-I-17- 12384). This research stay was developed in the Department of Civil and Environmental Engineering at Colorado School of Mines (United States of America) over the period June-September 2017, under the supervision of Professor Timothy J. Strathmann. Due to all of these, a warm thanks towards these institutions is extended.

"Este proyecto estudia la actividad fotocatalítica de óxido de titanio (IV) preparado mediante síntesis hidrotermal que permite el crecimiento de este fotocatalizador sobre vidrios recubiertos con óxido de estaño dopados con flúor (FTO). Además, a través del desempeño fotocatalítico y la morfología, se evalúa el efecto de las condiciones de síntesis: temperatura, concentración de precursor y tiempo de reacción. Para lo anterior, se preparó una solución base, naranja de metilo a 20 ppm, donde se depositaron los vidrios FTO recubiertos de TiO2 sintetizados a diferentes condiciones y fueron expuestos a una radiación UV de 200 W/cm2 durante 1, 2 y 3 horas. Se encontró que el fotocatalizador soportado más eficiente (10% de descontaminación) es el sintetizado a 150ðC, durante 6 horas y con una concentración de precursor de 1,3%V/V. Con ayuda del análisis estadístico se determinó que el factor que más afecta la descomposición del naranja de metilo es el tiempo de síntesis del vidrio..." -- Tomado del Formato de Documento de Grado. | "This project studies the photocatalytic activity of titanium oxide (IV) prepared by hydrothermal synthesis that allows the growth of this photocatalyst on fluorine doped tin oxide (FTO) coated glasses. In addition, through photocatalytic performance and morphology, the effect of the synthesis conditions is evaluated: temperature, precursor concentration and reaction time. For the above, a base solution, methyl orange at 20 ppm, was prepared where the synthesized TiO2-coated FTO glasses were deposited under different conditions and exposed to 200 W/cm2 UV radiation for 1, 2 and 3 hours. It was found that the most efficient supported photocatalyst (10% decontamination) is the one synthesized at 150ðC, during 6 hours and with a precursor concentration of 1.3%V/V. Under statistical analysis it was determined that the factor that most affects the decomposition of methyl orange is the time of glass synthesis.." -- Tomado del Formato de Documento de Grado. | Ingeniero Químico | Pregrado

Los procesos fotocatalíticos como la hidrólisis del agua (water splitting) y la oxidación de compuestos orgánicos han sido objeto de gran interés, ya que permiten producir hidrógeno aprovechando la energía de la luz solar. En este contexto uno de los fotocatalizadores más empleados es el TiO2, que generalmente se deposita en forma de películas, sobre un substrato conductor, y su espesor tiene relación directa con el curso de la fotocatálisis. Así pues, con el propósito de analizar el efecto del espesor en los procesos de water splitting y oxidación de metanol, se sintetizaron películas de TiO2 con la técnica de spin-coating, conformadas por 1, 5, 10, 15 y 20 deposiciones sucesivas de pasta de TiO2. Posteriormente, su espesor fue determinado mediante un análisis SEM y los fotocatalizadores resultantes fueron caracterizados electroquímicamente, mediante pruebas CA y LSV. Los resultados, sugieren que el espesor influye en el aumento de la densidad de corriente, relacionada con la producción de hidrógeno debida a la oxidación del agua y el metanol. También, este incremento dado por el aumento en el espesor, es más alto en la oxidación de metanol que en water splitting. Además, el estudio de la degradación de metanol en el tiempo permite establecer que la fotocatálisis confirma ser un método alternativo para degradar contaminantes orgánicos y producir energía simultáneamente. | "The photocatalytic processes as water splitting and oxidation of organic compounds, have been object of great interest because they allow to produce hydrogen by taking advantage of sunlight. In this context, a commonly used photo catalyst is the TiO2. Generally, a conductive substrate as FTO glass is covered with TiO2, a layer is formed and its thickness has a straight relationship with the photo catalysis. Thus, with the purpose of analyze the effect of film thickness in water splitting processes and methanol oxidation, TiO2 films were synthetized using the spin coating technique. Those films, were formed by 1,5, 10, 15 and 20 successive depositions of TiO2 nanoparticles. Then, their thickness was determined by a SEM analysis and their electrochemical performance was assessed by CA (chronoamperometry) and LSV (linear sweep voltammetry) analysis. The results suggest that thickness has influence in current density, which is related with hydrogen production by water and methanol oxidation. Also, this increase given by the rise in thickness, is higher in methanol oxidation than in water splitting. Also, the study of methanol degradation in time confirms to be an alternative method to degrade organic compounds and produce energy simultaneously."--Tomado del Formato de Documento de Grado. | Ingeniero Químico | Pregrado

Existe la necesidad de emplear tecnologías limpias para reabastecer al medio de los recursos hídricos que agotamos con la realización de nuestras actividades cotidianas, por lo que el tratamiento de las aguas residuales pasa a ser una cuestión prioritaria a nivel mundial. Estos sistemas de tratamiento constan de 3 etapas, donde la tercera pretende aumentar la calidad del agua eliminando contaminantes persistentes. En esta última al implementar los llamados Procesos Avanzados de Oxidación (POA) permite eliminar los compuestos solubles no biodegradables que se encuentran presentes en las aguas residuales, generando radicales libres con una elevada capacidad oxidante que sirve para degradar estos contaminantes a niveles menos nocivos. Algunos de los materiales encargados de llevar acabo estos procesos de oxidación son los fotocatalizadores y el más importante de estos ha sido el Dióxido de Titanio, el cual en forma de nanopartículas ha demostrado tratar mezclas complejas de contaminantes y por otro lado la utilización de radiación solar como fuente primaria de energía. Este trabajo muestra los resultados que se obtuvieron con un diseño de prototipo de reactor a escala piloto que con el uso de nanopartículas de TiO2 dopado con plata en la fase cristalina de anatasa en porcentajes de peso 0.1%, 1% y 10%, el cual permitió reducir el espectro de absorción de luz del TiO2 a una longitud de onda visible, este material sintetizado puede ser implementado en un prototipo de fotoreactor para la desinfección del agua tratada, cumpliendo con los parámetros de calidad que dictan las normas oficiales mexicanas NOM 003 y NOM 001 de la SEMARNAT con respecto a este tema. Además este diseño del reactor cuenta con la adición de sensores y software, para el almacenamiento y manejo de datos, que permiten el monitoreo de las variables de oxígeno disuelto, pH, temperatura y radiación solar en el tiempo en que actúa el fotocatalizador, lo que nos permitió medir la efectividad del proceso y con esto la calidad del agua tratada.