Diseño y construcción de un prototipo a nivel de laboratorio para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno a partir de aguas residuales del proceso de teñido en la industria textil | Design and Construction of a Prototype at Laboratory Level for the Photoelectrochemical Production of Hydrogen from the Wastewater of Dyed Process in the Textile Industry

En esta monografía se describe el diseño y construcción de un prototipo a nivel de laboratorio para la producción de hidrogeno a partir de un tratamiento fotoelectroquímico, en aguas residuales provenientes del proceso de teñido de la industria textil, a partir de una revisión secundaria de investigaciones recientes en torno a la reutilización de efluentes textiles a través de procesos de oxidación avanzada (PAO’s). Se utilizó como agente catalizador peróxido de hidrógeno (H2O2) en concentraciones de 600 mg/L, 1200 mg/L y 1800 mg/L agregado al inicio de cada ensayo en la muestra de agua preparada con 200 mg/L del colorante azul índigo conocido con el nombre comercial como “Iris # 36 (Color azul Índigo)”. Se realizaron 18 ensayos utilizando una fuente reguladora de voltaje (MW) de 2 (A)., donde se simularon condiciones de voltaje aplicado en 6, 9 y 12 V para la generación de la electrólisis, cada uno de estos ensayos con una (1) replica, en presencia de luz en el rango UV negra emitida por 4 lámparas marca Nippon de 6 vatios y en fase oscura (sin presencia de luz) durante 30 minutos (tiempo de operación definido por el diseño experimental del tipo 3x3x2) con el objetivo de estudiar la influencia de estos parámetros en la producción de hidrogeno (H2) y en los cambios físicos; es decir, en la decoloración y mineralización en la muestra (la turbidez, el pH y la conductividad del agua). De acuerdo, a los ensayos preliminares y las pruebas piloto realizadas, se generó un análisis de varianzas (ANOVA), el cual permitió determinar la influencia de las variables que hacen parte del sistema en la producción de hidrógeno, posibilitando así establecer las mejores condiciones constructivas y de operación en el prototipo. Las mejores condiciones de funcionamiento del prototipo fueron: Voltaje aplicado de 12 Voltios, concentración del catalizador (Peróxido de hidrógeno) 1200 mg/L y en presencia de luz en el rango UV. Finalmente, a través de un análisis de cromatografía de gases en una muestra de gas producto del funcionamiento del reactor, se pudo establecer la presencia y la concentración V/V (38,3%) del hidrógeno (H2) y además fue posible establecer la eficiencia energética del prototipo a través de un balance energético en el sistema y evaluar las causas de la presencia de otros gases en la muestra.

This monograph described the design and construction of a prototype at laboratory level for the production of hydrogen from a photoelectrochemical treatment employing wastewater of dyed process in the textile industry since a secondary review of recent research about the reuse of textile effluents through advanced oxidation processes (AOP’s). Hydrogen peroxide (H2O2) was used as catalyst at concentrations of 600 mg/L, 1200 mg/L and 1800 mg/L added to the start of each test in the water sample prepared with 200 mg/L of indigo dye known under the commercial name as "Iris # 36 (blue Indigo)”. 18 trials took place using a regulating voltage source (MW) of 2 (A)., where conditions of voltage applied were 6, 9 and 12 V for generating electrolysis, each of these tests with one (1 ) replica, in the presence of light in the black UV range emitted by four lamps Nippon of 6W and a dark phase (without the presence of light) for 30 minutes (time of operation defined by the experimental design of type 3x3x2) with the aim of studying the influence of these parameters in the production of hydrogen (H2) and physical changes; i.e. in discoloration and mineralization in the sample (turbidity, pH and conductivity of water). According to preliminary trials and pilot tests, analysis of variance (ANOVA) was generated, which allowed us to determine the influence of the variables that are part of the system in the production of hydrogen, making it possible to establish the best construction and operating conditions in the prototype. The best operating conditions of the prototype were an applied voltage of 12 volts, catalyst concentration (hydrogen peroxide) of 1200 mg/L and in the presence of light in the UV range. Finally, through an analysis of gas chromatography on a sample of gas product of the reactor operation, it was ascertained the presence and V/V concentration (38.3%) of hydrogen (H2) and was possible to establish the prototype energy efficiency through an energy balance in the system and assess the causes of the presence of other gases in the sample.