Mecanismos y cinética de degradación del colorante purpurina (1,2,4-trihidroxiantraquinona) en medio acuoso por radicales hidroxílo

Abstract

La purpurina (1, 2, 4-trihidroxiantraquinona), pertenece al grupo de los colorantes quinónicos, los segundos más utilizados en la industria textil, estos tienden a ser recalcitrantes, tóxicos y difíciles de degradar mediante procesos biológicos. Los Procesos de Oxidación Avanzada (POA´s) son altamente eficientes en la degradación de compuestos orgánicos gracias a los radicales libres generados in situ, así, se planteó la degradación de la purpurina mediante los POA´s: fotocatálisis heterogénea (FH) con luz ultravioleta y dióxido de titanio como catalizador, ozonación, la combinación de ambos procesos y ozonación con luz ultravioleta. El seguimiento cinético de cada uno de los procesos se realizó mediante espectrofotometría UV-Vis, así como por el contenido de materia orgánica mediante el análisis de la Demanda Química de Oxígeno (DQO). La constante de velocidad cinética para los procesos más eficientes resultó ser de 0.07 para ozonación con fotocatálisis y para ozonación con luz-UV. En cambio, el mayor porcentaje de remoción de DQO de 50.54% se logró con el proceso de ozonación. Se realizaron pruebas de biotoxicidad de la purpurina y los remanentes de los procesos, los remanentes que resultaron ser no tóxico según los resultados de éstas pruebas, fueron los de los procesos que incluyeron ozono. Utilizando las técnicas de la química computacional se obtuvieron los mecanismos y las constantes de velocidad de reacción. Adicionalmente, se obtuvieron los espectros infrarrojos del colorante y los remanentes para conocer los grupos funcionales presentes en los productos finales de degradación en los cuales se logró identificar la desaparición de los grupos aromáticos de todos los remanentes de los procesos que incluían ozono como agente oxidante, lo cual complementa los resultados del bioensayo.

Purpurin (1, 2, 4-trihydroxyanthraquinone) belongs to the quinone dyes, which is the second most employed in textile industry, these dyes tend to be recalcitrant, toxic and difficult to degrade by biological processes. Advanced Oxidation Processes (AOP´s) are highly efficient to remove organic matter in water by oxidation through reactions with hydroxyl radicals (HO), thus purpurin degradation was raised by the AOP's: photocatalysis with ultraviolet-light and titanium oxide, ozonation, the combination of both processes and ozonation with ultraviolet-light. The kinetic of each process was followed by UV-visible spectrophotometry, and the organic matter was analyzed by chemical oxygen demand (COD). The most efficient processes according to the kinetic rate constant were ozonation with photocatalysis and ozonation with UV-light. In contrast, the highest percentage of COD removal of 50.54% was achieved with the process of ozonation. There were performed biotoxicity tests of purpurin and the remnants of the processes, the remnants that were not toxic, according to these tests, were from the processes that included ozone. Mechanisms and rate constant reaction were obtained using computational chemistry techniques. Additionally, the infrared spectra of the dye and the remnants were obtained in order to identify the functional groups of the end products degradation; it was found out that the aromatic groups were eliminated in all remnants of the processes which included ozone as oxidant, this complements the results of the biotoxicity tests.