Tesis
Oxidación de Bacillus sp aerotransportado por fotocatalisis con UV sobre malla de acero inoxidable
Fecha
2016-12-15Registro en:
Espitia Cabrera, Alfonso. Oxidación de Bacillus sp aerotransportado por fotocatalisis con UV sobre malla de acero inoxidable. Tesis (Doctorado en Medio Ambiente y Desarrollo). Ciudad de México, Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Investigaciones y Estudios sobre Medio Ambiente y Desarrollo. 2016. 142 p.
Autor
Espitia Cabrera, Alfonso
Institución
Resumen
El presente trabajo plantea como tesis central el uso de peliculas nanestructuradas del cerámico semiconductor oxido de zinc sobre malla de acero inoxidable como un agente antibacteriano por oxidación avanzada de alta eficiencia con ventajas sobre los métodos tradicionales de desinfección de que el semiconductor bajo la acción de luz ultravioleta genera in situ por fotocatalisis especies oxidantes con alto potencial de oxidación y que el uso de malla de acero inoxidable que posee un área superficial alta y resistencia al flujo bajo, permite el uso de un reactor sencillo tipo piston, alcanzado eficiencias de reducción superiores al 99% con tiempos de residencia de 20 segundos.
Para soportar la tesis se prepararon mallas de acero inoxidable 304 US 100, recubiertas con películas nanoestructuradas de Zn(OH)2 por deposición electroforética, usando acetato de zinc como precursor y se calcinaron a 500 ºC para formar el cerámico ZnO cristalino; las películas se caracterizaron por difracción de rayos X y microscopía eléctrónica de barrido y se identificaron sitios activos potenciales de oxidación por quimisorción de oxígeno.
Se presentan los resultados de oxidacion avanzada en continuo de una corriente de bacilos Gram negtivos en un reactor fotocatalítico equipado con una lámpara de UV, exponiendo en cinco experimentos la corriente sólo a luz UV, y posteriormente a luz UV con tres y cinco mallas de acero inoxidable cubiertas con la película de ZnO con tiempos de residencia de 7.5 y 20 segundos, analizando muestras de 100 ml para determinar las unidades formadoras de colonias antes y después del fotoreactor
Los experimentos muestran una eficiencia de reducción de unidades formadoras de colonias en promedio de 96.4% con 7.5 segundos de tiempo de residencia y 96.8% con 20 segundos sólo con la exposición de la luz ultravioleta y un máximo de
99.66% de reducción con luz ultravioleta, 5 mallas y 20 segundos de tiempo de residencia.
Análisis de variancia con la prueba no parámetrica de Kruskal Wallis una vez que se determino con el análisis de una vía de la prueba de Shapiro-Wilk que las muestras no siguen una distribución normal, muestran que la eficiencia alcanzada es significativa.
Esta tecnología es una alternativa de bajo costo y tiempos cortos de tratamiento en continuo para la limpieza del aire interior de espacios cerrados en hospitales, edificios inteligentes y sistemas de transportación en donde se han registrado concentraciones de bacterias aerotransportadas que representan una amenaza a la salud pública.
ABSTRACT
This paper presents as central thesis the use of nanoestructured thin film of the ceramic ZnO on US stainless steel sieve as high efficiency antibacterial agent for advanced oxidation, with advantages on the traditional disinfectant’s that the photocatalytic oxidant species are generated in situ under ultraviolet light and that the use of a sieve as substrate present a high superficial area and a low resistance to air flow, that allow the use of a simple plug flow reactor with bacteria reduction efficiency higher than 99% in 20 seconds of residence time.
To support this thesis, thin films covered with Zn(OH)2 were prepared by electrophoretic deposition on stainless steel wire sieve 304 US 100, using zinc acetate as a precursor, and then sintered at 500ºC to form the ceramic ZnO. The film was characterised by scanning electron microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) and chemisorption of oxygen to identify potential sites for oxidation.
It is presented the results of advanced oxidation in continuous of a aerotransported bioaerosol of bacillus Gram negatives trough a photocatalytic reactor equipped with a UV lamp with 3 and 5 sieves of a stainless steel wire coated with the ZnO film in five experiments analysing samples of 100 mL before and after the reactor, exposing the bioaerosol to only UV light and to UV light plus the 3 and 5 sieves with 7.5 and 20 seconds of residence time.
The experiments showed an efficiency for colony forming unit reduction of 96.4 % and 96.8 % under UV light and a maximum of 99.66% for a residence time of 20 seconds with 5 stainless steel wire exposed in continuous to UV.
Variance analysis showed that the efficiency was significant with the no parametric Kruskal-Wallis test, once that was determined that it was not a normal distribution with the one way Shapiro-Wilk test.
This technology could be used as a low cost in short time alternative to clean indoor air of closed environments such as hospitals, crowded buildings or public transportation systems where airborne bacteria have been documented.