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CAICYT (996/84 y PB86-279)

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L’objecte del present estudi és la optimització d’un sistema de separació mitjançant llit mòbil simulat (SMB), mitjançant la seva simulació numèrica. Per a això, s’ha desenvolupat un mètode de simulació numèrica per columnes d’adsorció, per al model amb transport de matèria. D’aquesta manera, s’aconsegueix minimitzar el nombre de càlculs necessaris per a la simulació d’una columna cromatogràfica, sense pèrdua de precisió. S’ha desenvolupat i aplicat el mateix mètode per al model amb transport de matèria i difusió axial. Els resultats de la simulació de columnes cromatogràfiques per a una substància i per a barreges binàries han estat validats tot comparant-los amb resultats experimentals. A més, s’ha ampliat l’aplicabilitat dels mètodes teòrics d’optimització, a isotermes no lineals i no-Langmuir, mitjançant la integració numèrica de les corbes hodogràfiques. Aquest mètode d’integració permet simular el funcionament d’un conjunt de columnes de separació fins arribar a l’estat estacionari del sistema. Per a això s’ha desenvolupat un programa per a la simulació d’un sistema de llit mòbil simulat (SMB), capaç de simular diverses configuracions. S’han validat els resultats de la seva utilització tot comparant-ho amb resultats publicats a la bibliografia. S’ha establert una estratègia d’optimització dels paràmetres de funcionament d’un SMB, amb objecte de minimitzar el cost del sistema. S’han utilitzat els mètodes teòrics per a establir unes condicions de treball inicials per tal de ser posteriorment refinades mitjançant un algoritme símplex modificat. L’aplicació d’aquest mètode d’optimització a diversos casos publicats a la bibliografia, per a barreges binàries amb isoterma d’adsorció lineal, Langmuir i bi-Langmuir, aconsegueix en tots els casos reproduir o millorar els resultats originals. El mateix mètode s’ha utilitzat en algun dels casos per a proposar millores en la configuració del sistema. / El objeto del presente estudio es la optimización de un sistema de separación por lecho móvil simulado (SMB), mediante su simulación numérica. Para ello, se ha desarrollado un método de simulación numérica para columnas de adsorción, para el modelo con transporte de materia. Se consigue así minimizar el número de cálculos necesarios para la simulación de una columna cromatográfica, sin pérdida de precisión. Se ha desarrollado y aplicado el mismo método para el modelo con transporte de materia y difusión axial. Los resultados de la simulación de columnas cromatográficas para una sustancia y para mezclas binarias han sido validados comparándolos con resultados experimentales. Además, se ha ampliado la aplicabilidad de los métodos teóricos de optimización, a isotermas no lineales y no Langmuir, mediante la integración numérica de las curvas hodográficas. Este método de integración permite simular el funcionamiento de un conjunto de columnas de separación hasta alcanzar el estado estacionario del sistema. Para ello se ha desarrollado un programa para la simulación de un sistema de lecho móvil simulado (SMB), capaz de simular diversas configuraciones. Se han validado los resultados de su utilización comparándolo con resultados publicados en la bibliografía. Se ha establecido una estrategia de optimización de los parámetros de funcionamiento de un SMB, con objeto de minimizar el coste del sistema. Se han utilizado los métodos teóricos para establecer unas condiciones de trabajo iniciales para su posterior refinado mediante un algoritmo simplex modificado. Al aplicar este método de optimización a diversos casos publicados en la bibliografía, para mezclas binarias con isoterma de adsorción lineal, Langmuir y bi-Langmuir, se consigue en todos los casos reproducir o mejorar los resultados originales. El mismo método se ha utilizado en alguno de los casos para proponer mejoras en la configuración del sistema. / The purpose of this study is the optimization of a simulated moving bed system (SMB), by numerical simulation. To do this, we have developed a method for numerical simulation of adsorption columns, for the mass transport model. This method minimizes the number of calculations required for the simulation of a chromatographic column, without loss of accuracy. The same method has been developed and applied for the model with mass transfer and axial diffusion. The simulation results of chromatographic columns for one substance and for binary mixtures have been validated by comparing them with experimental results. Furthermore, it has been expanded the applicability of theoretical methods of optimization, nonlinear isotherms and Langmuir, by numerical integration of the hodographic curves. This method allows simulating the operation of a separation column up to the steady state of the system. For this it has been developed a program for simulating a simulated moving bed system (SMB) able to simulate various configurations. The results of its use compared with results published in the literature give a validation of the method. An optimization strategy of the operating parameters of a SMB has been established, in order to minimize the cost of the system. Theoretical methods had been used to establish initial working conditions for further refinement using a simplex algorithm. Applying this optimization method to several cases reported in the literature for binary mixtures with linear adsorption isotherm, Langmuir and bi-Langmuir, permitted in every case to reproduce or enhance the original results. The same method has been used in some cases to suggest improvements to the system configuration.

For the selective separation of Noble Metals, different new chelating polymers with the same functional group, based on tri-isobutylphosphine sulphide, have been synthesised. Different spacers between the polymeric matrix and the functional group were introduced during the synthetic process, varying the length and number of heteroatoms (O, S) in the spacer molecule. These polymers show a good affinity towards gold and silver ions and a lower adsorption capacity towards palladium, and do not adsorb all other noble and base metals tested / Nuevos polímeros quelatantes con el mismo grupo funcional, basado en el sulfuro de tri-isobutilfosfina, han sido sintetizados para la separación selectiva de los Metales Nobles. Se han introducido diferentes espaciadores entre la matriz polimérica y los grupos funcionales, variando su longitud y el número de heteroátomos (O, S) presentes. Estos polímeros muestran una buena afinidad para los iones oro y plata, y una capacidad de adsorción inferior para los iones paladio, mientras que no adsorben al resto de Metales Nobles y metales base evaluados / Nous polímers quelatants amb el mateix grup funcional, basat en el sulfur de tri-isobutilfosfina, han estat sintetitzats per a la separació selectiva dels Metalls Nobles. S’han introduit diferents espaiadors entre la matriu polimèrica i els grups funcionals, variant la seva longitud i el nombre d’heteroàtoms (O, S) presents. Aquests polímers mostren una bona afinitat per als ions or i plata, i una capacitat d’adsorció inferior per als ions paladi, mentre que no adsorbeixen la resta de Metalls Nobles i metalls base avaluats

El documento digital no refiere asesor / La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos. / Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Perú). Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) / Tesis

Los objetivos del estudio fueron conocer la viabilidad de las semillas, y evaluar el desarrollo de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y Astragalus garbancillo en suelos contaminados con cadmio, plomo y zinc y el uso potencial de estas especies en la fitorrestauración de suelos contaminados con metales pesados. El trabajo fue realizado en el invernadero en Lachaqui, Canta, región Lima, y en el Laboratorio de Fitología Aplicada en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. La prueba de germinación de las semillas fue realizada en placas petri e incubadas en una cámara de crecimiento a una temperatura de 21/15 °C, un fotoperiodo de 12 horas día / y 12 horas noche, humedad relativa (80% día/ 90% noche), y una iluminación de 4800 lux: La prueba de emergencia de las plántulas fue realizado en un sustrato preparado en un diseño experimental completamente al azar. El contenido de la humedad de las semillas fue calculado en base al peso seco. Asimismo, el desarrollo de las tres especies vegetales fue evaluado con 12 tratamientos de relave de mina, y la unidad experimental fue una maceta de 19 cm de diámetro y 5 kg de capacidad. El experimento se realizó mediante el diseño experimental factorial completo de 3 x 4, y la distribución de las unidades experimentales de los tratamientos se realizó al azar, con 5 repeticiones por cada tratamiento. La acumulación de cadmio, plomo y zinc en los tejidos de las plantas se determinó mediante el método de absorción atómica. Las semillas con escarificación mecánica de lijado de la testa e inducidas en oscuridad, permitió una alta germinación de Lupinus ballianus L. condensiflorus y Astragalus garbancillo. Por lo tanto, las semillas escarificadas favorecieron la emergencia de plántulas en el sustrato, y la mayor emergencia de plántulas se obtuvo en Astragalus garbancillo. El mayor contenido de humedad en las semillas fue registrado en Astragalus garbancillo. La longitud de planta, el número de hojas y la producción de biomasa en las tres especies disminuyeron significativamente con el tratamiento de 100% de relave de mina. Los mayores valores de acumulación de cadmio total, plomo total, zinc total; y el contenido de estos metales en las raíces de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y en Astragalus garbancillo, fueron obtenidos con el tratamiento de 100% de relave de mina. El factor de bioconcentración de cadmio en las tres especies fue > 1. Pero, el factor de bioconcentración y de transferencia de plomo y zinc en las tres especies fue < 1, en conclusión, las tres especies son fitoestabilizadores de metales pesados. / Tesis

El proceso de curtido de pieles genera efluentes con altas concentraciones de cromo, debido a que en esta etapa solo se aprovecha 70% del total de cromo utilizado, y queda una solución remanente que tiene un impacto negativo en la salud de los obreros de la empresa y los habitantes de zonas aledañas. Esta concentración está muy por encima del límite máximo permisible (LMP) y lo recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), por lo que es necesario tratar el efluente. Es necesario establecer métodos amigables y responsables que puedan, simultáneamente, remediar este problema y apoyar la producción manufacturera. En la presente investigación se propuso estudiar el uso de la borra de café como bioadsorbente para tratar los efluentes provenientes de una curtiembre local. Cabe resaltar que la borra de café es un desecho disponible fácilmente al cual no se le rescata ningún beneficio. Por esta razón, es una fuente ideal de soluciones que contribuyan al mejoramiento de la calidad de agua, más aún que no se ha encontrado en la literatura ningún reporte de su aplicación para adsorción de cromo en este tipo de efluentes. Se realizó pretratamiento básico a la borra de café y estudios de adsorción a distintas concentraciones de pH y tiempo de contacto. Se encontró que a pH 5 y tres horas de adsorción se obtiene un coeficiente de adsorción, de 9,19 ± 0,43 mg/g, mayor que la capacidad de adsorción observada por algunos bioadsorbentes como aserrín de distintas maderas y de cáscara de maní (Wan 2008). En cuanto al pretratamiento de la borra de café, se determinó que el tamaño de grano no afecta considerablemente la capacidad de adsorción y que basta el tratamiento con solución básica y bajo agitación para obtener un máximo coeficiente de adsorción de 8,51 ± 0,11 mg/g. Se realizó pruebas empleando muestras del efluente de una empresa curtiembre local cuya concentración de Cr total promedio por FAAS fue 2462 ppm. Bajo las condiciones establecidas previamente se obtuvo una concentración final de Cr total de 158 ppm, es decir, una remoción de 94,1%. Si bien la borra de café funciona como adsorbente para remover el metal en solución, no se obtiene una remoción total de este, por lo que es siempre necesario combinarlo con precipitación de cromo de manera previa para adecuar las condiciones para una mejor adsorción. En cambio, funciona bien para concentraciones bajas, por lo tanto, se puede utilizar la borra de café como un tratamiento final para obtener agua que cumpla con los límites máximos permisibles de cromo en agua. / Tesis

Magíster en Ciencias, Mención Física / El efecto electroadsorptivo es la adsorción de gas sobre una superficie sólida estimulada o inhibida por la acción de un campo eléctrico, el que modifica la densidad de electrones en la superficie. Esta tesis estudió el efecto electroadsortivo de una mezcla gaseosa de NO2-O2 sobre una superficie de óxido de estaño. El experimento requirió del diseño e implementación de una cámara de vacío dedicada al proceso de electroadsorción. El montaje hace posible que una muestra sea polarizada a distintos voltajes en condiciones de alto vacío, permitiendo transferir la muestra (sin interrumpir la polarización) desde la cámara de adsorción a la cámara de análisis de espectroscopia de fotoelectrones (XPS) para realizar las mediciones. La cámara de adsorción puede inundarse con una mezcla gaseosa de NO2-O2 obtenida por descomposición térmica de nitrato de plomo Pb(NO3)2. Un espectrómetro de masas permite la monitorización de la composición de los gases en cualquier instante. Las muestras fueron preparadas por sputtering asistido por radiofrecuencia. Se usó un blanco de SnO2 en una atmósfera de O2/Ar. El material fue depositado en una oblea de silicio con 100 nm de óxido térmico, seguido de un tratamiento térmico a 400ºC durante 10 horas en atmósfera de aire sintético. Posteriormente, la oblea fue cortada en piezas rectangulares de 10x12 mm. Un delgado (~100 nm de espesor) contacto de cobre en forma de C fue evaporado sobre su superficie, mientras que su parte posterior fue metalizada con aluminio, creando así contactos para polarizar la muestra. Las condiciones del potencial aplicado que permiten que la superficie del SnO2 sea equipotencial se determinaron midiendo el potencial en la superficie con un multímetro y con XPS para detectar posibles corrimientos en la señal. Usando la cámara previamente mencionada, se estudió el efecto electroadsortivo del NO2+O2 sobre SnO2 aplicando distintos potenciales a la parte trasera de la muestra, desde -15 V a +15 V, mientras su superficie se encontraba aterrizada. Las medidas de XPS revelaron la presencia de nitrógeno elemental, así como de óxidos de nitrógeno (NO3 y NO2) en la superficie del óxido metálico. La aplicación de un potencial negativo a su cara posterior inhibe la adsorción de estos óxidos, mientras que la aplicación de un potencial positivo la promueve. No se observó una modificación apreciable en la adsorción del nitrógeno elemental. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto ACT1117, Beca de Magíster Nacional CONICYT, FONDECYT regular 1140759