Oxidación del monóxido de carbono producto de la combustión incompleta a dióxido de carbono por radiación ultravioleta mediante el uso de óxido de zinc como foto-catalizador, Arequipa 2018

Abstract

En la ciudad de Arequipa, los niveles de contaminación por gases han ido creciendo y es observable diariamente al salir el sol; se puede visualizar una nube negra que está sobre la ciudad, la cual recibe el nombre de “Smog”, que es producto de los gases de contaminación emitidos por las industrias y sobre todo los gases de combustión de los vehículos. Dentro de los gases emitidos, se encuentra el Monóxido de Carbono (CO) que se ha generado de una combustión incompleta del combustible vehicular (gasolina, gasohol, diésel, GLP, entre otros); dicho gas es altamente tóxico ya que reemplaza al oxígeno en las células, en consecuencia, produce hipoxia (falta de oxígeno) además de otros daños. Por ello, se evaluó la oxidación del Monóxido de Carbono a Dióxido de Carbono (un gas menos tóxico), por métodos prácticos aplicando energías renovables (sol), agentes inertes y catálisis (que no reaccionen con el gas, pero si promuevan reacciones); dichos agentes son los fotocatalizadores y el que se aplica para la experiencia es el Óxido de Zinc. El objetivo del presente trabajo es la utilización de la energía solar (radiación ultravioleta) que será aprovechada para activar un fotocatalizador; en este caso, el óxido de zinc impactado por la radiación ultravioleta se activa siendo reactivo o en otras palabras tiene la capacidad de oxidación de otros compuestos que estén a su contacto, por lo tanto serán los gases de combustión incompleta y específicamente para el estudio analizaremos al monóxido de carbono (CO), que en un lapso de tiempo determinado este llegará a dióxido de carbono (CO2). Para lograr desarrollar la experiencia, se establece el proceso para el tratamiento experimental. Se realizó la preparación de los materiales (cemento, arena y óxido de zinc) en diferentes proporciones para la preparación de la materia prima donde se realizaron 5 mezclas, con la finalidad de encontrar cuál era la muestra que optimizaría la conversión de CO en CO2; posteriormente, se realizó el acondicionamiento de la cabina, preparación de la superficie fotocatalítica, el aislamiento de gases, fotocatálisis, control en la cabina, control mediante software. El diseño experimental implicó la preparación y ejecución de conjuntos de prueba. El diseño aplicable para la experiencia será “DISEÑO COMPUESTO CENTRAL” de 2k experimentos + estrellas, donde k = factores (masa de óxido de Zinc y tiempo de exposición a la luz), cada uno con dos niveles, El diseño factorial tendrá N=22 + 6 = 10 experimentos y consideraremos una repetición adicional para corroborar resultados, por lo que el número de experiencias fueron 20. En tal sentido, se trazó un diseño de experimentos para evaluar el tiempo de exposición de la superficie preparada con cemento, arena fina, agua y óxido de zinc en un ambiente totalmente hermético, donde por medio de un detector de gases podremos observar la reducción en concentración del monóxido de carbono. Luego de la experimentación, siendo los resultados positivos, encontramos la interacción de las variables óxido de zinc y tiempo de exposición a la luz solar; juntas lograron una mayor reducción del monóxido de carbono a un promedio de 15ppm. Se plantearon proyecciones para calcular el costo por estudiar añadiendo la mezcla por un área de 50 2; se invierte aproximadamente 537.5 soles, incluyendo el dióxido de zinc seria 485 soles, se observa que existe una de diferencia de 52.5 soles. La investigación pretende demostrar la capacidad de tratar los gases de monóxido de carbono que se encuentran en el medio ambiente, los cuales pueden ser reducidos por acción de fotocalizadores que pueden estar incorporados en las mezclas de tarrajeo, al momento de construir una vivienda, edificio, etc.