Repositorio Institucional de CIDETEQ (Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica)
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Construcción y operación de un proceso bioelectroquímico prototipo para el tratamiento de agua residual textil
Get PDFEn esta tesis se diseñó, construyó y evaluó un reactor bioelectroquímico (BER) de 8 L para el tratamiento de aguas residuales textiles. El sistema operó en condiciones anaerobias, empleando carbón activado, electrodos de acero inoxidable y un consorcio microbiano adaptado. Se utilizó corriente eléctrica para mejorar la degradación del colorante azoico Marino Novacron, logrando mayores eficiencias de remoción con estimulación eléctrica: hasta 95.2 % frente a 70.5 % sin ella. El análisis morfológico mostró mayor resistencia en bacterias Gram positivas ante la estimulación. Simulaciones computacionales revelaron que corrientes bajas aseguran una distribución homogénea del campo eléctrico, mientras que corrientes altas generan efectos adversos. En pruebas con agua residual real, el reactor alcanzó 99.3 % de remoción de colorante y reducciones significativas en DQO y conductividad, cumpliendo la NOM-001-SEMARNAT-2021. Los resultados confirman la viabilidad técnica y ambiental del BER, con potencial para su aplicación industrial
DESARROLLO DE UN SISTEMA MICROFLUIDICO PARA LA EVALUACIÓN DE LA FOTOELECTROCATÁLISIS DE CONTAMINANTES EMERGENTES
Get PDFEl presente trabajo describe la evaluación y desempeño del material vanadato de bismuto (BiVO4) por vías fisicoquímicas y fotoelectroquímicas, demostrando una alta estabilidad en los medios evaluados de sulfato de potasio (K2SO4) 0.5M, bajo perturbaciones lumínicas y diferentes potenciales aplicados. Esta estabilidad fue atribuida a su estructura monoclínica definida a partir de los difractograma de difracción de rayos X (DRX) que confirmaron la estructura cristalina del material, además de las caracterizaciones por Espectroscopia de Energía Dispersiva (EDS), Microscopio electrónico de barrido (SEM) y Espectrometría de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS). Asi mismo, se desarrolló una celda ufc con aplicación para procesos de fotoelectrocatálisis (PEC), la cual fue previamente caracterizada y comparada con respecto a una celda bulk a través de diferentes técnicas fotoelectroquímicas. Una vez caracterizado el material y las celdas, se montó el BiVO4 dentro de la celda ufc, donde posteriormente se realizó un diseño de experimentos (DE) factorial para observar la respuesta de degradación del colorante azul de metileno (AM), evaluando 3 factores principales y sus interacciones: celda, potencial e iluminación. Los resultados obtenidos del DE fueron evaluados a partir de diferentes técnicas como: espectroscopia ultravioleta visible (UV-VIS), Cromatografía Líquida de Ultra Rendimiento (UPLC-PDA) y UPLC-masas, Demanda Química de Óxigeno (DQO). El análisis ANOVA del DE demostró que el factor de iluminación fue el único factor con un impacto significativo sobre la respuesta de degradación del AM. Sin embargo, la mayor eficiencia de degradación alcanzada fue por la técnica de PEC con un 66% para ambas celdas, esto demuestra que el proceso de luz y potencial aplicado sí que tiene una mayor respuesta favorable de degradación del AM, además de que los resultados son comparables entre ambas celdas, confirmando asi la hipótesis desarrollada a lo largo de este proyecto de tesis
Correlación entre la estructura y la química superficial de los carbones activados de origen agroindustrial y su actiuvad electrocatalítica en la reacción de reducción de oxígeno
Get PDFEste estudio consistió en relacionar las propiedades químicas y estructurales de 14 carbones activados con H₃PO₄ y ZnCl₂, provenientes de residuos agroindustriales con el fin de orientar y potencializar el uso de los carbones activados como materiales adsorbentes y electrocatalíticos. Al identificar la afinidad de cada carbón activado a través de las propiedades químicas como carga superficial, pH de punto de carga cero y grupos superficiales, se utilizaron como material adsorbente empleando 2 moléculas de origen opuesto catiónico y aniónico dónde se destacaron 8 carbones activados; los carbones activados para adsorber naranja de metilo fueron: naranja-Z, coco-Z, agave-Z, coco-A, caña-A, cítricos-Z, café-A y naranja-A que obtuvieron las siguientes capacidades de adsorción 37.57, 37.43, 36.74, 35.98, 33.03(mg/g) respectivamente. Los carbones que tuvieron un mayor desempeño con la molécula de azul de metileno fueron: coco-Z, naranja-Z, agave-Z, coco-A, caña-A y cítricos-Z con las siguientes capacidades de adsorción 37.36, 37.25, 37.14, 36.6, 35.5 y 34.29 (mg/g). Los carbones activados que resaltaron en el proceso de adsorción fueron elegidos para evaluar su actividad electrocatalítica como material modificador en electrodos de pasta de grafito; mediante la reacción de reducción de oxígeno (RRO) vía 2 electrones obtuvieron las siguientes concentraciones de peróxido de hidrógeno 10.08, 9.48, 8.6, 7.9, 7.1, 6.3, 6.2 y 4.3 (mg/L) y finalmente para validar el desempeño de los electrodos de pasta de grafito se realizó la decoloración de las moléculas estudiadas en el proceso de adsorción por medio de electro-Fenton obteniendo una eficiencia de decoloración coco-A > coco-Z> naranja-Z> café-A> agave-Z> naranja-A> caña-A > cítricos-Z. Los electrodos de pasta de grafito modificado con agave-Z> coco-A> coco-Z> café-A> cítricos-Z> naranja-A> caña-A naranja-Z con azul de metileno. Al relacionar la química superficial con la electro-generación de H₂O₂O existe una relación directamente proporcional con los grupos superficiales al igual que en la decoloración de molécula catiónica
PEROVSKITAS TIPO ÓXIDO ACOPLADAS EN UN FOTORREACTOR MICROFLUÍDICO PARA LA REDUCCIÓN DE CO2: UNA PERSPECTIVA DE FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL
Get PDFEl incremento de la concentración de CO2 en la atmósfera ha contribuido significativamente al cambio climático, como consecuencia se tiene un aumento de la temperatura global. Es una gran necesidad la búsqueda de alternativas sostenibles para abordar esta problemática. En este contexto, el desarrollo de materiales fotocatalizadores para la conversión de CO2 ha sido una propuesta prometedora enfocada en la fotosíntesis artificial. En el presente trabajo, el objetivo principal fue acoplar heteroestructuras de NiTiO3/g-C3N4 como materiales para la fotorreducción de CO2 en un sistema microfluídico. Para esto, se sintetizó un óxido de perovskita (NiTiO3) a través de un diseño de experimentos Taguchi L9, el cual presentó absorción en el rango visible del espectro electromagnético y una notable estabilidad bajo iluminación. Este fotocatalizador se empleó para experimentos de reducción de CO2 en un sistema microfluídico, los resultados mostraron que este material es capaz de reducir CO2 a etanol. La concentración más alta obtenida fue de 185.205 ppm a un caudal de 50 μL/min en 120 min. La etapa siguiente consistió en acoplar el NiTiO3 con g-C3N4, las heteroestructuras fueron denominadas: GCN25/NT, GCN50/NT y GCN75/NT (empleando diferentes porcentajes en peso de g-C3N4). La caracterización fotoelectroquímica reveló que estos materiales son de naturaleza semiconductora tipo p y con más alta estabilidad bajo la luz. En la evaluación fotocatalítica los materiales GCN50/NT y GCN75/NT mostraron mayor taza de conversión, asociando su actividad catalítica a sus propiedades fotocatalíticas y al microreactor. Finalmente, se llevaron a cabo experimentos exploratorios para la reducción de CO2 en un medio de 0.4 M de NaHCO3, en donde las heteroestructuras fueron polarizadas a -0.5 V vs Ag|AgCl. Bajo estas condiciones, los materiales mostraron alta densidad de fotocorriente. Esto ayudo a confirmar que el acoplamiento de las heteroestructuras mejora el transporte y separación de carga para su aplicación fotocatalítica
Síntesis de carbono dopado con heteroátomos (n/p) a partir de polianilina para su uso en baterías primarias Zn-Aire
Get PDFLas baterías primarias Zn-aire son dispositivos atractivos para el almacenamiento de energía debido a que cuentan con varias ventajas sobre otros sistemas como los ión-Li (mayor densidad energética, menos dañinas al ambiente, más seguridad, menor costo), su cátodo de aire usa el oxígeno de la atmósfera para completar su proceso. Su mayor problema es que la reacción llevada a cabo en el cátodo (la reducción de oxígeno, ORR por sus siglas en inglés) tiene una velocidad muy lenta, lo que se ha tratado de mejorar con el uso de electrocatalizadores. Principalmente tres tipos de catalizadores empleados: a) Metales menos nobles que Pt, b) Perovskitas y espinelas de metales de transición y c) Materiales libres de metales.
El presente trabajo muestra la adición de ácido fítico como fuente de fósforo desde la polimerización de la polianilina para poder doparla sin tener que adicionar compuestos peligrosos en el tratamiento térmico para obtener un material electrocatalizador dopado con N y P para su uso en la reducción de oxígeno.
Se encontró el tiempo adecuado para la polimerización de la polianilina que fue de 6 horas donde, con los resultados BET y de espectroscopía infrarroja y Raman no se observó una importante diferencia en señales. Se calcinaron las muestras a diferentes temperaturas, encontrando que la mejor temperatura donde se obtuvieron áreas superficiales mayores (601.9 m2/g) fue de 900 °C.
El material calcinado a 900 °C y dopado con N y P presentó resultados comparables a los del Pt/C en pruebas de media celda para la reducción de oxígeno, teniendo potenciales de inicio y de media onda de 0.91 V y 0.76 V (contra 1.03 V y 0.88 V para Pt/C), además, presentó mayor tendencia a una reacción de reducción de oxígeno por un paso con 4 electrones intercambiados.
En las pruebas de batería de estabilidad galvanostática, la PANI6h_900 ° N/P registró un tiempo de más del doble que la batería con Pt/C en el cátodo (37.6 horas contra 16.4 horas para Pt/C) e incluso pudo inhibir en gran parte el crecimiento de carbonato de potasio en el ánodo.
Primary Zn-Air batteries are attractive devices for energy storage due to the many advantages they have over other systems such as Li-ion (Higher energy density, more eco-friendly, more safety in operation, lower cost), their air cathode utilizes oxygen from the atmosphere to complete their process.
KW: Carbon , Batery storage, Zn-Air Battery, OR
Comparación de las mediciones de resistividad eléctrica y extracción soxhlet para evaluar la rehabilitación por electro-fitorremediación de un leptosol contaminado con hidrocarburo
Get PDFEl presente trabajo evaluó la eficiencia de la medida de resistividad eléctrica en un seguimiento de remediación de suelo contaminado de hidrocarburos por acciones de robo de combustible al comparar los resultados obtenidos con los observados en la prueba química de extracción Soxhlet. El tratamiento se realizó empleando la electro- fitoremediación como técnica ambiental en un suelo Leptosol del municipio de Tetepango, Hidalgo, con la cual se logró una remoción del 40% del hidrocarburo durante 55 días de tratamiento. Realizando un análisis estadístico se determinó un coeficiente de correlación positivo mayor a 0.70 en todas las muestras de suelo estudiadas. Esto corroboró la alta relación entre las variables de resistividad eléctrica y los g de hidrocarburos/g de suelo, sosteniendo que, ante la presencia del hidrocarburo por un derrame reciente, los valores de resistividad del suelo aumentan. Aunado a la prueba geofísica y química se emplearon estudios fisicoquímicos y microbiológicos, con el fin de sustentar el comportamiento de la resistividad eléctrica y la presencia del hidrocarburo en las muestras de suelo antes y después de aplicar la electro-fitoremediación.
A statistical analysis determined a positive correlation coefficient greater than 0.70 in all the soil samples studied. This corroborated the high relationship between the electrical resistivity variables and the g of hydrocarbons/g of soil, maintaining that the soil resistivity values increase in the presence of hydrocarbon from a recent spill. In addition to the geophysical and chemical tests, physicochemical and microbiological studies were used to support the behavior of electrical resistivity and the presence of hydrocarbon in the soil samples before and after applying electro-phytoremediation.
KW: Glucose Biosensor, Glucose Oxidase, Hydrogel, Stabilit
Análisis de los aspectos técnicos y económicos de una batería de flujo redox de vanadio urtilizando métodoso de modelado y simulación computacional
Get PDFEn este trabajo se presenta un análisis técnico-económico de una batería de flujo redox de vanadio (VRFB) de 4 W reportada en la literatura, dicho análisis se llevó a cabo a través de la aplicación de la metodología propuesta en el informe Electricity Storage Valuation Framework (ESVF). El análisis técnico presentado aquí consta de cálculos de potencial de celda para la construcción de curvas de descarga y curvas de polarización para la identificación de parámetros que influyan en el comportamiento de la batería probando diferentes escenarios de operación como lo es distintas intensidades de corriente. A technical-economic analysis of a 4 W vanadium redox flow battery (VRFB) reported in the literature. The analysis will be conducted using the methodology proposed in the Electricity Storage Valuation Framework (ESVF) report. The technical analysis presented here includes cell potential calculations for constructing discharge curves and polarization curves to identify parameters influencing the battery's behavior, testing different operating scenarios such as varying current intensities. KW: Battery Energy Storage, Energy Conservatio
Desarrollo de un sistema de tratamiento de agua a nivel piloto para la eliminación del colorante azoico Naranja II mediante el uso de un proceso Fenton con ultrasonido
Get PDFEn este trabajo se desarrolló e implementó un sistema piloto de tratamiento para aguas residuales con colorante Naranja II en el cual se combinó el proceso de oxidación avanzada Fenton y la cavitación generada por la aplicación de ultrasonido dentro de un reactor ultrasónico. En particular, se estudió el efecto de las variables experimentales como son concentración de peróxido de hidrógeno, concentración de hierro y pH de solución a tratar, estas dos últimas variables fueron los factores principales con efectos más significativos sobre la respuesta en decoloración del naranja II mediante proceso sono Fenton, se analizaron decoloraciones y mineralizaciones mediante espectrofotometría UV-vis y análisis de Carbono Orgánico Total, los resultados demostraron un alcance máximo en decoloración de hasta el 96.6% a 10 minutos de reacción y una mineralización de hasta 48% a los 10 minutos , esto en concentraciones de naranja II de 100ppm y una configuración de factores de pH:4, FeSO47H2O: 199.9 ppm. y H2O2: 523 ppm.
In this work, a pilot treatment system for wastewater with Orange II dye was developed and implemented in which the Fenton advanced oxidation process and the cavitation generated by the application of ultrasound within an ultrasonic reactor were combined. In particular, the effect of experimental variables such as hydrogen peroxide concentration, iron concentration and pH of the solution to be treated was studied. These last two variables were the main factors with the most significant effects on the discoloration response of orange II using Fenton sono process, discolorations and mineralizations were analyzed by UV-vis spectrophotometry and Total Organic Carbon analysis, the results demonstrated a maximum range of discoloration of up to 96.6% at 10 minutes of reaction and a mineralization of up to 48% at 10 minutes. , this in orange II concentrations of 100ppm and a configuration of pH factors: 4, FeSO47H2O: 199.9 ppm. and H2O2: 523 ppm
Fenton Reaction, Wastewater Treatment, Ultrasonic, Azo Dye
Síntesis a temperatura ambiente de nanopartículas de oro funcionalizadas con L-glutamato y su incorporación en polímeros de impresión molecular como estrategia de sensado.
Get PDFSe propone una estrategia de detección del neurotransmisor L-glutamato mediante la incorporación de nanopartículas de oro funcionalizadas con L-glutamato (glu-Au NPs) en un polímero de impresión molecular (MIP) fabricado con pirrol como monómero. Se comparó la respuesta obtenida entre un polímero sin sitios impresos (NIP), un polímero de impresión molecular convencional sintetizado en presencia de L-glutamato (MIP glu) y el polímero de impresión molecular sintetizado en presencia de nanopartículas de oro funcionalizadas con L-glutamato (MIP glu-Au NPs), mediante espectroscopia de impedancia eléctrica. La respuesta del MIP glu-Au NPs mostró un mayor cambio porcentual en impedancia y reproducibilidad en la detección de L-glutamato, lo que indica que la incorporación de glu-Au NPs mejora significativamente la capacidad de detección.
A strategy for detecting the neurotransmitter L-glutamate is proposed by incorporating L-glutamate-functionalized gold nanoparticles (glu-Au NPs) into a molecularly imprinted polymer (MIP) fabricated with pyrrole as monomer.The response obtained from a polymer without imprinted sites (NIP), a conventional molecularly imprinted polymer synthesized in the presence of L-glutamate (MIP glu), and the molecularly imprinted polymer synthesized in the presence of L-glutamate-functionalized gold nanoparticles (MIP glu-Au NPs) was compared using electrical impedance spectroscopy. The response of the MIP glu-Au NPs demonstrated the highest percentage change in impedance and reproducibility for L-glutamate sensing, indicating that the incorporation of glu-Au NPs significantly enhances L-glutamate detection.
El desarrollo de sensores para detectar L-glutamato podría facilitar la investigación en el área de neurociencias y en farmacología para el estudio de las funciones de L-glutamato en el cerebro y el desarrollo de fármacos para el tratamiento de las enfermedades causadas por el exceso de este neurotransmisor.
Energy , Fluidic devices, Hybrid prototype, Piezoelectri
Desarrollo de un sistema microfluídico de generación de energía hibrido celda de combustible y piezoeléctrico
Get PDFEste proyecto de tesis desarrolla un prototipo híbrido energético que genera energía mediante una combinación de celda de combustible y piezoeléctrico, aprovechando los fluidos, como el sudor, como principal mecanismo para generar energía.
This thesis project develops a hybrid energy prototype that generates energy through a combination of fuel cell and piezoelectric technologies, utilizing fluids such as sweat as the main mechanism for energy generation.
El desarrollo de dispositivos como el presentado en este proyecto servirá como base de sistemas de sensado, ya sea muestras, debido a que su diseño le permite adaptarse a diferentes arreglos para sensar, ya sea niveles de glucosa, cloruros o algún otro analito de interés. Lo cual tienen un alto impacto en la calidad de vida de las personas, debido a la facilidad que tendrán para monitorear su estado de salud.
KW: Energy , Fluidic devices, Hybrid prototype, Piezoelectri