Resumen de Procesos de oxidación catalítica para la eliminación de antibióticos y precursores de subproductos de desinfección en agua
- español
Esta Tesis Doctoral se centra en el desarrollo y evaluación de procesos de oxidación avanzada aplicados a la eliminación de antibióticos y a la reducción del potencial de formación de subproductos de desinfección en el tratamiento de aguas. La estrategia combina enfoques experimentales y modelado cinético, integrando fotólisis, fotocatálisis, ozonización y procesos híbridos. En primer lugar, se investigó el comportamiento fotoquímico de trece antibióticos, determinándose coeficientes de absorción molar, rendimientos cuánticos de fotólisis y constantes de reacción con radicales hidroxilo. Estos parámetros permitieron establecer tendencias de reactividad y desarrollar un modelo cinético semiempírico para sistemas UV-C/H₂O₂. Posteriormente, el metronidazol fue seleccionado como contaminante modelo para profundizar en su eliminación mediante fotólisis directa, ozonización, fotocatálisis heterogénea y combinaciones híbridas. Los resultados demostraron la relevancia de los radicales hidroxilo como especies dominantes y confirmaron que la ozonización fotocatalítica ofrece ventajas notables frente a tratamientos convencionales. En un segundo bloque, se sintetizaron fotocatalizadores libres de metales a partir de g-C₃N₄ inmovilizado sobre soportes cerámicos de alúmina. Se evaluó el efecto de la geometría (espumas, anillos y esferas) y del dopado con materiales carbonosos, identificándose al grafito como el aditivo más prometedor. Se observó que la adición de 0,1 % de grafito mejora la actividad bajo irradiación visible y que los materiales dopados con 2,0 % presentan la mayor eficacia en ozonización fotocatalítica. Finalmente, se estudiaron materiales carbonosos en la descomposición catalítica de ozono y en la reducción del potencial de formación de subproductos de desinfección, desarrollando un modelo cinético que incorporó la desactivación catalítica inducida por ozono.
- English
This Doctoral Thesis focuses on the development and evaluation of advanced oxidation processes for the removal of antibiotics and the reduction of disinfection by-products formation potential in water treatment. The research combines experimental approaches with kinetic modelling, integrating photolysis, photocatalysis, ozonation and hybrid processes. The photochemical behaviour of thirteen antibiotics was first investigated, including the determination of molar absorption coefficients, quantum yields of direct photolysis and hydroxyl radical rate constants. These parameters allowed the identification of reactivity patterns and the development of a semi-empirical kinetic model for UV-C/H₂O₂ systems. Subsequently, metronidazole was selected as a model contaminant to study its removal through direct photolysis, ozonation, heterogeneous photocatalysis and combined processes. Results confirmed hydroxyl radicals as the dominant reactive species and demonstrated the superior performance of photocatalytic ozonation compared with conventional treatments. In a second stage, metal-free photocatalysts based on g-C₃N₄ immobilised on ceramic alumina supports were synthesised. The influence of support geometry (foams, rings and spheres) and doping with carbonaceous materials was assessed, with graphite identified as the most promising additive. The addition of 0.1% graphite enhanced performance under visible irradiation, while materials doped with 2.0% graphite exhibited the highest efficiency under photocatalytic ozonation. Finally, carbon-based materials were examined for catalytic ozone decomposition and for reducing the disinfection by-products formation potential. A kinetic model explicitly accounting for ozone-induced catalyst deactivation was also developed, enabling the quantification of deactivation during operation.
