Revisión de variables de diseño y condiciones de operación en la electrocoagulación

Review of disign variables and operation conditions in electrocoagulation

MARTIN PIÑA SOBERANIS ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ (2011)

En este documento se presenta una revisión bibliográfica sobre los fundamentos teóricos más importantes de la electrocoagulación, se analizan algunos diseños y se muestran los resultados más relevantes al aplicarla al tratamiento de agua para la remoción de diversos contaminantes de origen orgánico e inorgánico. Se enumeran algunas de sus ventajas con respecto a la coagulación química, se hace un análisis comparativo de los diseños experimentales utilizados, así como de las metodologías aplicadas, a fin de poder identificar las principales variables que intervienen en los mecanismos de remoción, tales como: la densidad de corriente; el tipo de material, tamaño y distancia en los electrodos; el tipo de conexiones utilizadas; el amperaje y voltaje aplicado; el pH, temperatura y conductividad del agua; el tiempo de residencia y el tipo de flujo utilizado. De la literatura especializada que fue consultada se concluye que los mecanismos que intervienen en la electrocoagulación no han sido aun claramente entendidos y hay pocas consideraciones de los factores que influyen en la efectiva remoción de especies iónicas, especialmente iones metálicos en el agua.

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Electrocoagulación Tratamiento del agua INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Evaluación técnico-económica de cinco tecnologías para remoción de arsénico

César Calderón Mólgora Flor Cruz Sofía Garrido Hoyos Silvia Gelover Santiago RAUL LOPEZ CORZO ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ SARA PEREZ CASTREJON María Laura Quezada Jiménez María de Lourdes Rivera Huerta (2010)

Debido a la intensa actividad económica de la Comarca Lagunera, y al consecuente crecimiento poblacional, el acuífero granular que es la principal fuente de abastecimiento de la región, ha sido sometido a una fuerte presión hídrica que se ha traducido en el abatimiento de los niveles piezométricos y en el deterioro de la calidad del agua, principalmente por al aumento en la concentración de arsénico. Las autoridades locales, conscientes de los riesgos a la salud humana asociados con el arsénico, han llevado a cabo acciones encaminadas a disminuir la exposición de los habitantes al arsénico, como por ejemplo la clausura de pozos cuya concentración de arsénico supera el nivel máximo permisible, o bien la instalación de pequeñas unidades de ósmosis inversa para llenado de garrafones. Sin embargo, dado el incremento en la demanda de agua y su baja disponibilidad, ha sido necesario buscar alternativas tecnológicas que permitan aprovechar las fuentes existentes en la región y entregar a los usuarios agua en cantidad y calidad suficiente. Por lo anterior, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua realizó un estudio comparativo de cinco tecnologías comúnmente utilizadas para remoción de arsénico: nanofiltración, coagulación-floculación convencional, electrocoagulación, adsorción en medios específicos (sorb 33 o equivalente) y deionización capacitiva.

Working paper

Contaminación del agua Remoción de arsénico Nanofiltración Coagulación-Floculación Electrocoagulación Adsorción Deionización INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Reducción de CO2 a base de fotoelectroquímica microfluídica utilizando óxidos de perovskita y sus nanocompuestos

José Carlos Zárate Valdovinos (2022)

Este trabajo presenta un dispositivo fotoelectroquímico (PEC) microfluídico para la reducción de CO2 (CO2RR) utilizando como fotocátodo nanocompositos basados en SrTiO3. Estos nanomateriales son una opción adecuada ya que brindan a sistemas PEC gran estabilidad, alta conversión energética y facilidad de síntesis. Aunado a esto, la formación de un nanocomposito con la adición de g-C3N4 resultó exitosa siendo evidente a través de diferentes técnicas para la caracterización del material (FT-IR, UV-VIS, RAMAN, SEM, EDX, XPS, y XRD). Caracterización del rendimiento PEC del material propuesto concluyó en la mejora de propiedades como: incremento en la absorción de CO2 disuelto en medio acuoso, separación de cargas a través de la disminución del band-gap, disminución en la resistencia de transferencia de carga (RCT), y alineamiento de bandas favorable para CO2RR. Tomando en cuenta diferentes materiales, condiciones de reacción deseables, requisitos energéticos y la sostenibilidad del sistema de reacción a diseñar, diferentes iteraciones de sistemas PEC microfluídicos fueron fabricados. Finalmente, pruebas másicas y microfluídicas se llevaron a cabo exitosamente, y se pudo determinar el consumo de CO2 del fotocátodo en el sistema con relación a CO2RR PEC.

Key words: Carbon Dioxide, Applications of Nanotechnologies, Photoelectrocatalyisis, Microfluidics

Master thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Estudio de la modificación superficial de la aleación de aluminio Alclad 2024-T3 anodizada en duro mediante óxido de grafeno reducido para favorecer la electropolimerización de polipirrol sobreoxidado

FRANCY CATALINA GARCÍA RUEDA (2023)

En la presente tesis se estudió la posibilidad de electropolimerizar el polipirrol sobreoxidado sobre recubrimientos anódicos duros haciendo uso de potenciales de trabajo inferiores a 15 V vs. NHE y mejorando la conductividad eléctrica del polímero a valores superiores de 3.7×10-3 S·cm-1. Para lo cual, se utilizó el óxido de grafeno reducido como agente modificador superficial de las estructuras anódicas, lográndose disminuir la resistividad de poro de las capas porosas, aumentar la conductividad eléctrica superficial de la pared de celda del anodizado y el favorecimiento de fenómenos de difusión de especies, que facilitaron la oxidación del pirrol desde potenciales como 0.6 V vs. NHE y el desarrollo de recubrimientos poliméricos homogeneos con condutividades eléctricas de hasta 8 S·cm-1. Dada la naturaleza no ideal de los electrodos a electropolimerizar, fue necesario el estudio sistemático de propiedades de la zona de difusión de la aleación de aluminio Alclad 2024-T3, el efecto de evitar o aplicar un tratamiento químico con soluciones de NaOH y HNO3, también las estructuras anódicas resultantes sin y con modificación con el óxido de grafeno reducido, para de esta manera comprender los multiples factores que pudieron influir en el proceso de electropolimerización del polipirrol sobre estas superficies.

In this thesis, the possibility of electropolymerizing overoxidized polypyrrole on hard anodic coatings was studied, using working potentials lower than 15 V vs. NHE and improving the electrical conductivity of the polymer to values higher than 3.7×10-3 S cm-1. For this, reduced graphene oxide was used as a surface-modifying agent for the anodic structures. It was possible to reduce the pore resistivity of the porous layers, increase the superficial electrical conductivity of the cell walls of the anodized, and favor the phenomena of diffusion of species, which facilitated the oxidation of pyrrole from potentials such as 0.6 V vs. NHE, and the development of homogeneous polymer coatings with electrical conductivities of up to 8 S·cm-1. Given the non-ideal nature of the electrodes to be electropolymerized, it was necessary to systematically study the properties of the diffusion zone of the Alclad 2024-T3 aluminum alloy, the effect of avoiding or applying a chemical treatment with NaOH and HNO3 solutions.. Keywords: Graphene, Polymers, Aleación Alclad 2024-T3, Recubrimiento anódico duro, oxidación electroquímica, Óxido de grafeno reducido, Polipirrol

Doctoral thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelado y caracterización hidrodinámica de celdas de flujo redox con electrodos tridimensionales para su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía

Juan José Rivera García (2023)

Se realizaron pruebas de distribucion dinámica, caídas de presión y transporte de masa en una Celda Eco-cell con caudales de alimentación de 40, 60, 80, 100 y 120 ml/min, cuyo objeto de estudio fue enfocado en distintas geometrias de electrodo de trabajo: bidimensional (placa de carbón) y tridimensional (fieltro de carbón). Dentro del reactor se pudo obersarvar regiones donde el fluido presentaba zonas estancadas y canalizaciones las cuales mayor parte de la materia tiende a salir antes de tiempo de acuerdo a los resultados obtenidos de distribución de tiempos de residencia tanto experimentalmente como en simulación. Las caídas de presion obtenidas fueron mayores la celda Eco-cell con el fieltro de carbón que en en la placa de carbón debido a la tortuosidad de la estructura porosa del electrodo. Por medio de galvanometría, se llevaron a cabo estudios de corriente límite para determinar el coeficiente de transporte de masa cuyo valores son afectados por las canalizaciones que se presentan dentro de la celda.

It were performed dynamic distribution test, presssure drop and mass transport test in a Eco-cell with inlet stream of 40, 60, 80, 100 y 120 ml/min, whose objetive was focused on different kind of geometries: bidimensional (carbon plate) and three-dimensional (carbón felt). Inside the reactor was observed regions where fluid developed dead zones and channelings where most of the matter tends to flow to the exit quickly according to the experimental and simulated resisdence distribution time. Obtained pressure drops were greater in carbon fetl than carbon plate becauso of the tortuosity of the three-dimensional geometry. Mass transer coefficient was carry out by galvanometry which values was affected by the channelings inside the cell.

Keywords: Electrochemical Engineering, Energy Storage, Mass transport, Residence time distribution

Master thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Sistemas multicapa de barrera continua e inhibidor de corrosión obtenidos mediante jet de plasma a presión atmosférica para la protección de aluminio

José Antonio Cabello Mendez (2023)

El desarrollo de recubrimientos capaces de proteger a los metales de la corrosión es una necesidad siempre latente y en constante mejora debido a los altos costos que la corrosión representa en el mantenimiento o reemplazo de componentes metálicos. En este proyecto se desarrollaron novedosos recubrimientos por la técnica de jet de plasma a presión atmosférica para la protección de la corrosión del aluminio 3003. El proyecto comienza con la caracterización de las variables más importantes del sistema de jet de plasma a presión atmosférica (APPJ) acoplado al brazo robótico automatizado, este sistema será utilizado para la obtención de recubrimientos. Esto se realizó para conocer el efecto de cada variable y buscar la obtención de recubrimientos continuos de óxido de silicio. Los recubrimientos obtenidos en este capítulo fueron particulados, por lo que se decidió probar el cabezal Plasma Clean®. A partir del sistema APPJ fue posible obtener recubrimientos continuos de óxido de silicio, estos tienen propiedades que los hacen viables para usarlos como barrera protectora contra la corrosión. Se caracterizaron y evaluaron electroquímicamente los recubrimientos obtenidos por ambos cabezales del plasma a presión atmosférica. El resultado fue que los depósitos son capaces de proteger contra la corrosión al sustrato de aluminio. Se realizó el estudio del cerio como inhibidor de corrosión en película única. Se consideraron dos métodos para depositar especies de cerio, el primero es un método de inmersión y el segundo método es APPJ. El método de plasma demostró ser una excelente opción para la aplicación de inhibidor de corrosión ya que es capaz de depositar Cerio (III) en altas concentraciones, los resultados muestran que estas especies de cerio son capaces de oxidarse durante la corrosión y tener un efecto de inhibición. El samario fue probado como inhibidor de corrosión. Se aplicó el deposito continuo obtenido en el Capítulo 5 sobre una película de especies de samario, se caracterizó y evaluó en corrosión. Los resultados mostraron una mejora contra la corrosión y se demostró que el principio de inhibición de corrosión por parte del samario es similar al de cerio. Se obtuvo un novedoso recubrimiento de óxido de grafeno obtenido por jet de plasma a presión atmosférica y se evaluó como película única buscando características de una barrera protectora.

KEYWORDS: Coatings, Jet de Plasma a Presión Atmosférica, Corrosion inhibition, Aluminio, Recubrimientos, Corrosión

Doctoral thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Comparación entre la coagulación convencional y la electrocoagulación en la remoción de fluoruros de agua para consumo humano

Comparison between conventional coagulation and electrocoagulation in fluride removal for drinking water

FABIÁN ALMAZÁN GARCÍA MARIA DE LOURDES RIVERA HUERTA ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ (2012)

El consumo prolongado de agua con concentraciones superiores a 1.5 mg/L de fluoruros (F-), provoca severos padecimientos en el organismo humano tales como fluorosis dental y esquelética. En México este problema se presenta principalmente en los estados del norte y centro del país. La electrocoagulación es una tecnología emergente que se vislumbra como una alternativa para la remoción de Fˉ-. En este trabajo se presentan los resultados de estudios a escala laboratorio en los que se compara el desempeño de los procesos de coagulación química con sales de aluminio (CQ) y la electrocoagulación con electrodos de aluminio (EC), para remover F- del agua destinada a consumo humano. También se muestran los efectos del gradiente de velocidad de mezclado (G) dentro del reactor electroquímico y la conductividad eléctrica del agua (CE), sobre la eficiencia de remoción de este anión, utilizando un diseño estadístico de experimentos tipo factorial a dos niveles 2K. Los resultados mostraron que la EC comparada con la CQ a diferentes condiciones de operación (G y CE) tiene mayor eficiencia de remoción de F- con la misma dosis de aluminio (Al+3) utilizado como coagulante.

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Remoción de fluoruros Electrocoagulación Tratamiento del agua INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Síntesis de nanomateriales para baterías zinc - aire que operan con membranas poliméricas gelificadas

César del Ángel Coello (2022)

En este trabajo se presenta la metodología para la síntesis de membranas poliméricas gelificadas con poliácido acrílico y alcohol de polivinilo para su modificación con nanopartículas higroscópicas con la finalidad de aumentar su capacidad de retención de electrolito y disminuir su taza de evaporación cuando son utilizadas en una batería recargable Zinc – aire flexible. Las membranas sintetizadas por medio de la técnica de evaporación de solvente y modificadas con nanopartículas de óxidos de silicio presentan una mejora en la capacidad de retención de hasta 572 % añadiendo nanoesferas de silicio al 5 % en peso y con tamaño nominal de 107 nm. También se sintetizaron óxidos tipo espinela con Co, Cu y Mn para uso como electrocatalizador de las reacciones de reducción y evolución de oxígeno en baterías Zinc – Aire.

Las membranas fueron caracterizadas fisicoquímicamente vía espectroscopia infrarroja y Raman, y microscopia electrónica de barrido. Con lo cual se verifica la homogeneidad y la correcta modificación de la membrana. Mientras que, las espinelas fueron caracterizadas por medio de difracción de rayos X y microscopia electrónica de transmisión y de barrido. Con las cuales se confirmó la estructura cristalina tipo AB2X4 (A=catión 2+, B=catión 3+, X= oxígeno).

La cinética de los electrocatalizadores se evaluó utilizando voltamperometría lineal de disco rotatorio. Y finalmente, para evaluar el desempeño de la membrana modificada y del catalizador, se realizaron pruebas en modo batería con un dispositivo con arreglo de tipo sándwich. El rendimiento en modo batería fue excelente comparado con una batería con membrana sin modificar y un cátodo con Pt, alcanzando en la descarga los 100 mA cm-2 con un OCP de 1.44 V para la batería modificada y 50.02 mA cm-2 obtenidos con la membrana sin modificar. Además, se duplicaron los ciclos de carga/descarga al disminuir su brecha de potencial de 0.72 V a 0.35 V con la membrana modificada, esto debido a la alta capacidad de retención de electrolito con la incorporación de nanopartículas de SiO2.

This work presents a synthesis method to obtain a gel polymeric membrane with polyacrylic acid and polyvinyl alcohol for their modification with hygroscopic nanoparticles to increase their electrolyte retention capacity and decrease evaporation rate when used in rechargeable battery Zinc.Keywords: Energy Storage, Battery Energy Storage, Membrana, Electrocatalizador. Almacenamiento de enegía, Almacenamiento de energía de la batería

Master thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

ANALISIS Y TRATAMIENTO DE SEÑALES EEG PARA LA CLASIFICACION DEL PROCESO CEREBRAL DEL LENGUAJE A TRAVES DE ACTIVE LEARNING

EUGENIO SALVADOR MARTINEZ VELAZQUEZ (2021)

El objeto de la presente investigacion, es mostrar la aplicación de técnicas de Aprendizaje Activo (Active Learnig) en el campo de la lingüística, con el sustento teórico que se tiene tanto médico como computacional; así se plantea el objetivo de determinar el proceso cerebral del lenguaje en niños de edad escolar, con el fin de brindar una herramienta de apoyo al diagnóstico, así como el aportar conocimiento para aprender más sobre el comportamiento del lenguaje a nivel cerebral.

Master thesis

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Cerebro Neurolingüística Trastornos del habla Técnicas de diagnóstico neurológico Electroencefalografía Aprendizaje activo Procesamiento de señales Técnicas digitales

Incidencia del gradiente de velocidad en la eficiencia de la electrocoagulación para remover arsénico en un reactor a flujo pistón

ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ María de Lourdes Rivera Huerta MARTIN PIÑA SOBERANIS SARA PEREZ CASTREJON (2008)

Se realizaron estudios a escala de laboratorio usando un reactor electroquímico a flujo pistón con electrodos de hierro, que produce hidróxidos de hierro en línea como coagulante. Los objetivos fueron analizar la influencia de la turbulencia en el fenómeno de coagulación por neutralización de carga, así como definir los parámetros que más influyen en la eficiencia electroquímica de producción de hierro y en la remoción de los flocs formados. Los resultados mostraron que las eficiencias de producción de hierro y de remoción de los flocs producidos aumentaron al incrementarse el gradiente de velocidad en el mezclado (G) y el producto de éste por el tiempo de residencia en el reactor (Gt). La producción de hierro disminuyó conforme transcurrió el tiempo de operación del reactor; sin embargo, un valor de conductividad de 600μS·cm-1 originado por la adición de NaCl evitó este decremento y aumentó la eficiencia electroquímica. La presencia de cloro en el agua elevó significativamente la eficiencia en la remoción de hierro pero no influyó en la producción del mismo. En el estudio se partió del supuesto que entre más hierro se removiera después de la sedimentación, mayor sería la cantidad de arsénico que se eliminaría del agua. Los resultados mostraron que hay una buena correlación entre la eliminación de los dos contaminantes.

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Electrocoagulación Remoción de contaminantes Arsénico Tratamiento del agua INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA