Photocatalytic Degradation of Losartan with Bismuth Oxychloride: Batch and Pilot Scale Demonstration

Abstract

The solar-induced semiconductor photocatalytic process is one of the greenest and most promising technologies for the elimination of pharmaceuticals in aqueous media. In the context of this study, a bismuth oxychloride (BiOCl) photocatalyst was fabricated and characterized by its morphology, crystallographic structure, and optical properties. Its photocatalytic efficiency was tested towards the degradation of Losartan (LOS), a medication used to treat high blood pressure, in water using a solar simulator. The as-prepared BiOCl exhibited significant photocatalytic efficiency, achieving complete degradation of 0.3 mg/L LOS in short periods of irradiation (15–30 min). The examined system showed optimal efficiency using 500 mg/L of BiOCL (kapp = 0.21 min−1) and pH 3 (kapp = 0.32 min−1). However, LOS removal significantly decreased in environmentally relevant water matrices, including wastewater (kapp = 0.006 min−1) and bottled water (kapp = 0.023 min−1). Additional tests carried out in synthetic water matrices showed that the LOS degradation rate was reduced by more than 40% in the presence of humic acid (kapp = 0.016 min−1) and bicarbonates (kapp = 0.029 min−1), while chlorides did not affect the overall efficiency. Moreover, photogenerated holes and singlet oxygen were the dominant oxidative species. The efficiency of the BiOCl photocatalyst towards LOS degradation was further studied using a flat plate pilot-plant scale photoreactor. It was found that more than 75% of LOS was removed after 100 kJ/L of accumulated solar irradiation. The results obtained in the pilot-plant unit confirmed the suitability of BiOCl as a potential photocatalytic material.

Modelamiento y simulación de reactores fotocatalíticos de película descendente: uso de la dinámica computacional de fluidos (CFD) para análisis del sistema multifásico

“…Este reactor es de gran utilidad para el tratamiento de muchos contaminantes, dado que es de fácil construcción, bajo costo y tiene una zona alta de iluminación con alta relación de superficie por unidad de volumen [11], lo que favorece el desarrollo de todas las reacciones claves del proceso. En la literatura se muestra que este tipo de reactor es atractivo para aplicaciones relevantes y actuales en la descontaminación de aguas [8,[12][13][14][15][16]. Por su parte, en la literatura se reporta cada vez más que el uso de las herramientas CFD para el modelado de sistemas fotocatalíticos heterogéneos es útil para la toma de decisiones asociadas a la geometría del sistema, conversión, constantes cinéticas y otros parámetros importantes, que mejoran el rendimiento del proceso (ver figura 1).…”

“…Uno de los modelos más aceptados para la estimación de la viscosidad de la mezcla (µ) es el enfoque de Krieger, el cual se muestra a con-tinuación:(11) En donde φ máx es la concentración máxima de empaquetamiento y µ c es la viscosidad de la fase continua. Para partículas sólidas, φ máx y µ* (el parámetro adimensional del modelo) toman los valores de 0,62 y 1, respectivamente.Por otra parte, el fenómeno de la turbulencia se modela con el enfoque κ-ε, con el cual se resuelven dos ecuaciones adicionales, una para la energía cinética turbulenta (κ),con unidades de m2/s2, y la otra para la velocidad de disipación de la energía cinética turbulenta (ε), con unidades de m 2 /s 3 .La ecuación de variación para κ es:(12) En donde ∇, como se mencionó anteriormente, es el operador gradiente; µ T es la viscosidad turbulenta o de remolino; σ κ es el número de Prandtl turbulento para κ, que toma un valor de 1,0; mientras que el término de producción (P κ ) es:(13) Por su parte, la variación de ε se determina con:(14) En donde σ 3 es el número de Prandtl turbulento para ε, que toma un valor de 1,3; mientras que C ε1 y C ε2 son coeficientes empíricos del modelo, cuyos valores son respectivamente 1,44 y 1,92. Además, la viscosidad turbulenta (µ T ) o de remolino, se estima con la siguiente expresión:(15) En donde la constante C µ toma el valor de 0,09.…”