Reducción catalítica de nitratos en membranas poliméricas. Modelado y validación experimental

Résumé

En los últimos años, el crecimiento exponencial de la población ha llevado a un aumento en el uso y consumo de los recursos naturales [1]. Esta tendencia también supone mayor demanda en el suministro de alimentos y, por lo tanto, en los cultivos que requieren nutrientes, como es el caso del nitrógeno, para intensificar su crecimiento. En este sentido, los compuestos de nitrógeno se han utilizado ampliamente como fertilizantes, cuya presencia residual en el medio hídrico supone un riesgo para el medio ambiente y para la salud humana [2]. Debido al aumento en los niveles de nitrógeno en las masas de agua se han dirigido importantes esfuerzos a eliminar o reducir la concentración de este contaminante en el agua de consumo. Entre todas las tecnologías actuales disponibles comercialmente y en desarrollo [3], la reducción catalítica de nitratos a nitrógeno gas, es una opción prometedora, pero necesita ser estudiada y mejorada para ser implementada comercialmente [4]. El objetivo principal de esta tesis es el análisis de un proceso para la reducción de nitratos en disoluciones acuosas utilizando contactores de membranas catalíticas [5]. Más específicamente, la principal novedad de este trabajo reside en el empleo de fibras huecas poliméricas como soporte para el catalizador en una configuración de contactor de membrana. Throughout the years the overgrowing population has led to the increase in human use and consumption of natural resources [1]. This trend also supposes higher demand in food supply and intensive growth of crops by the use of nutrients, such as nitrogen. In this sense, nitrogen compounds have been widely used in fertilizers, that their presence in Nature, after use, supposes an environmental and human health risk [2]. Since nitrogen levels in water bodies have increased, attempts to remove or reduce this pollutant from water have been made. Among all the current technologies commercially available and under development [3], catalytic reduction of nitrates to nitrogen gas, holds great promise, but it needs to be further studied and improved to be commercially implemented [4]. The main goal of this thesis is the analysis of a process for the reduction of nitrates from aqueous media using catalytic membrane contactors [5]. More specifically, the main novelty of the work, lies on the use of polymeric hollow fibers as support for the catalyst in a membrane contactor configuration. [1] World Meteorological Organization, UNESCO, Prologue: the state of water resources in the context of climate change, (2020). https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000373059. [2] L. Ma, L. Hu, X. Feng, S. Wang, Nitrate and Nitrite in Health and Disease, Aging Dis. 9 (2018) 938. [3] V.B. Jensen, J.L. Darby, C. Seidel, C. Gorman, Nitrate in potable water supplies: Alternative management strategies, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 44 (2014) 2203–2286. [4] J. Martínez, A. Ortiz, I. Ortiz, State-of-the-art and perspectives of the catalytic and electrocatalytic reduction of aqueous nitrates, Appl. Catal. B Environ. 207 (2017) 42–59. [5] M. Guate, A. Ortiz, I. Ortiz, New polymer catalytic membranes for nitrite reduction: Experimental assessment, J. Membr. Sci. Res. 5 (2019) 157–164.