Investigating the roles of MnO2-acid complexes in catalytic ozonation for enhanced micropollutants abatement in water

Abstract

[cat] Amb el ràpid creixement de la població, es generen grans quantitats de contaminants orgànics que s'alliberen al medi aquàtic. Per eliminar aquests compostos refractaris, els processos d'oxidació avan9ada (A0Ps), entre els quals destaca l'ozonització catalítica heterogènia (HC0), han demostrat la seva eficàcia, ja que redueixen el temps de tractament, milloren l'eliminació de contaminants i optimitzen l'ús de l'ozó (03). El di6xid de manganès (Mn02) és un catalitzador atractiu gracies al seu baix cost i fàcil disponibilitat. En aquest estudi, s'han sintetitzat alfa-Mn02, beta-Mn02 i delta-Mn02 mitjançant un mètode hidrotermal-calcinat modificat, i s'ha avaluat la seva eficàcia en la degradació d'àcid oxàlic (0A). S'ha comprovat que la seqüència d'addició del catalitzador i de l'03 influeix de manera determinant en l'eficiència del procés HC0: per exemple, amb a-Mn02 es va assolir un 78,22% d'eliminació d'0A quan s'afegia l'ozó a la solució amb el catalitzador, en comparació amb el 20,53% en invertir l'ordre. A més, d'altres àcids (FA, AA, CA i PA) també han mostrat capacitat per promoure l'ozonització catalítica a través de la formació de complexos amb Mn02. Per tal d'entendre el mecanisme, s'ha estudiat en detall el sistema í3- Mn02/0A/03, aconseguint un 90,4% de degradació de pCBA i un 65,2% d'eliminació d'0A en 10 minuts a pH 4,0. Les caracteritzacions (XPS, H2-TPR, etc.) indiquen que el complex í3-Mn02-0A millora la transferència electr6nica i afavoreix la formació de vacants d'oxigen i espècies reactives d'oxigen (R0S). Mitjan9ant l'ús de pirofosfat de sodi es va confirmar que el Mn3+ és fonamental en la formació d'aquest complex, mentre que els experiments amb captadors de radicals van identificar el radical •0H com l'espècie principal en la degradació de pCBA. Les diferents fases cristal·lines de Mn02 no afecten la formació del complex Mn02-0A-dependent del Mn3+-per6 sí que influeixen en la via de producció de R0S. Al sistema alfa-Mn02-0A predominen vacants d'oxigen superficial, al beta-Mn02-0A destaquen vacants de manganès i més mobilitat de l'oxigen de xarxa, i al delta-Mn02-0A són els grups -0H els principals centres actius. Els radicals 02•- i •0H s'han identificat com els responsables principals de la degradació dels contaminants.