Generación de amoniaco como producto de alto valor agregado mediante foto-electroreducción de nitratos en aguas residuales

La acumulación de nitratos en cuerpos de aguas es un problema de gran interés en la actualidad. Esto ocurre en terrenos destinados a la industria agropecuaria, donde se utilizan sales de nitratos para diversas actividades industriales como por ejemplo la fertilización química. La creciente acumulación de estos iones pueden desembocar en cuerpos de agua superficiales, logrando su aparición en concentraciones que pueden superar las permitidas por las normas legales para el consumo humano, haciendo que los procesos de eliminación y/o conversión sean objeto de estudio por parte de la comunidad científica. Los principales procesos de reducción del ión nitrato dan como resultado la formación de nitritos, gas nitrógeno y amoniaco, principalmente. Éste último tiene un gran interés industrial por ser materia prima para la fabricación de diversos compuestos utilizados en la industria de los fertilizantes y otros productos de interés.Por ello, en el presente proyecto se plantea la conversión del ión nitrato en aguas modelo para producir amoniaco/amonio, a través de técnicas foto, electro y fotoelectroelectroquímicas utilizando óxidos de cobre y de wolframio electrodepositados sobre espumas metálicas de níquel y cobre. En una primera etapa, las espumas metálicas de niquel y cobre adquiridas serán tratadas para limpiar la superficie y remover los óxidos y compuestos orgánicos que podrían haberse adheridos. Luego se procederá a electrodepositar óxido de wolframio WO3 sobre estas espumas por cronoamperometría en lapsos de 300 a 1800 s en un baño que contenga Na2WO4·2H2O 0,1 mol L-1 y Na2SO4 0,1 mol L-1 a pH 1,5, pasando posteriormente a tratarse térmicamente a 600°C por 2h. Sobre este material obtenido se electrodepositarán óxidos de cobre CuO o Cu2O, el primero a pH ácido en presencia de PVP y el segundo a pH básico en presencia de manitol. En ambos casos se realizará el procedimiento por cronoamperometría, el primero a -0,6 V vs Ag/AgCl y el segundo a -0,45 V vs Ag/AgCl.Estos materiales serán caracterizados por diversas técnicas para determinar sus propiedades y así poder relacionarlas con su actividad catalítica. La caracterización estructural se realizará por microscopía electrónica de barrido por transmisión (STEM) con la cual se obtendrá la distancia interplanar de la estructura cristalina; también se utilizará la espectroscopía Raman e infrarroja por transformada de Fourier como complemento de la técnica STEM. La caracterización morfológica se llevará a cabo por microscopía de barrido (SEM) acopladas a EDS; ésto permitirá determinar la forma y tamaño de los depósitos y su composición química. La caracterización electroquímica comprenderá la determinación de la actividad intrínseca de cada electrodo y se realizará por voltamperometría de barrido lineal en una ventana de reducción (de 0.0 V a -2.0 V vs Ag/AgCl) en presencia y ausencia de ion nitrato a concentraciones crecientes entre 5 a 20 mmol/L. Así mismo, la se evaluará la actividad fotocatalítica con radiación de 365 a 600 nm utilizando diodos LED con una potencia de 50W. Para la generación de amoniaco, se utilizará una celda H con electrodo de Ag/AgCl como referencia, DSA como ánodo y los materiales preparados como cátodo. Se estudiará la eficiencia foto, electro y fotoelectrocatalítica del material. La identificación del amoniaco producido se realizará por el método colorimétrico del indofenol a 655 nm Como consecuencia de los resultados derivados de la sección anterior, se evaluarán la conversión (porcentaje de reducción de nitratos), la constante cinética (velocidad de conversión), la selectividad frente al amoniaco (fracción de amoniaco producido con respecto a la disminución del nitrato) y la eficiencia faradaica. Adicionalmente, se evaluará la liberación de metales a la solución a tratar como consecuencia de los procesos catalíticos, para asegurar la no contaminación de las aguas por presencia de los electrodos preparados; también se reevaluarán las propiedades estructural