Frente a la problemática de contaminación de residuos acuosos, métodos de recuperación y de remoción de los mismos, han sido probados con la finalidad de disminuir el impacto ambiental. Pese a que los tres métodos conocidos de recuperación (adición de fase, campo de fuerza y barrera) han demostrado tener un buen desempeño sobre diferentes muestras estudiadas; un contratiempo ha sido la concentración incial de los contaminantes presentes, la cual por ser generalmente elevada, continúa siendo alta aún despues de aplicado el tratamiento. Es así como las técnicas de remoción se empiezan a desarrollar como alternativa frente a las de recuperación. Son dos los métodos de remoción investigados hasta el momento: adsorción y degradación, de los cuales, el último ha sido el más estudiado, debido a su capacidad de degradar no sólo las sustancias orgánicas contaminantes, si no también a los productos de degradación de las mismas (pese a su gran estabilidad, éstos también pueden descomponerse durante algunas operaciones tecnológicas), cuya resistencia ambiental aun es desconocida. El proceso electro-Fenton constituye uno de los métodos degradativos más importantes estudiados hasta la fecha. Mediante este proceso, el radical hidroxilo (OH·), con un alto poder oxidativo (E0 = +2,8V), es capaz de degradar contaminantes orgánicos no biodegradables. Básicamente consiste en la generación electroquímica (in situ) de peróxido de hidrógeno, empleando Fe2+ como catalizador. Una reacción entre el peróxido y iones Fe2+ daría lugar a la formación de los radicales. Es por esta razón, que el empleo de un electrodo a base de fieltro de carbono dopado con partículas de hierro magnéticas (magnetita, Fe3O4), en este proceso, constituye la motivación del presente trabajo. Adicionalmente, las partículas magnéticas ayudarían a remover, magnéticamente y por adsorción, diversos metales en la solución a tratar. Así, un estudio de la electrodeposición de magnetita Fe3O4 sobre fieltro de carbono, se realizó a partir de una solución de Fe(NH4)2(SO4)2,6H2O y K(CH3COO), variando las condiciones de temperatura (25oC, 50oC y 90oC) y pre-tratamiento del fieltro de partida. Una temperatura de electrodeposición de 90oC resultó ser la más eficiente; obteniénsode una fase de 49% de magnetita, otra de 36% de hematita, y finalmente una de 15% de goetita, lepidocrocita y hematita (porcentajes relativos). El empleo de una temperatura de 25oC favoreció la deposición de una única fase de goetita; mientras que una de 50oC, dió como resultado la formación de 7 fases distribuidas de manera heterogéna sobre el área analizada del substrato, de las cuales sólo dos lograron ser identificadas con algún óxido de hierro (hematita Fe2O3 y óxido ferroso FeO). De la misma manera, al realizar las pruebas sobre el fieltro de carbono pre-tratado con partículas de óxido de cobre, los óxidos de hierro electrodepositados (FeO) mostraron poca estabilidad (descomposición a Fe sólido y otros óxidos como Fe2O3 y Fe3O4). Finalmente, óxidos de hierro hidratados del tipo lepidocrocita (−FeOOH), también fueron obtenidos tras llevarse a cabo la deposición mediante la reducción de iones Fe3+(Fe(NO3)3) asistida por agente reductor dimetilamino borano (DMAB). Al parecer, el empleo del fieltro de carbono como soporte, tendría un rol importante sobre fenómenos de nucleación que habrían favorecido la formación de dichas partículas de óxido, en vez de la magnetita. No obstante, se demostró que la cantidad de Fe3O4 formada durante su electrodeposición (90oC), pudo ser suficiente como para remover más de la mitad de iones indicadores Mn2+ (_=60% de remoción) presentes en solución. / Tesis

La presente investigación se basa en la oxidación electroquímica para la degradación de efluentes con residuos lácteos, utilizando electrodos a base de fieltro grafítico directamente o con algunas modificaciones en su superficie, estos ofrecen muchas ventajas con respecto a otros electrodos, ya que son químicamente estables, son buenos conductores eléctricos y tiene una excelente fijación de algunas moléculas en su superficie. Por ello, en esta investigación se compara la eficiencia de diferentes sistemas de celdas en procesos electroquímicos para el tratamiento de muestras sintéticas que simulan el contenido de efluentes residuales de la industria láctea, teniendo como principios la oxidación anódica, y el proceso electro-Fenton. Para los diferentes sistemas de celda, se prepararon muestras sintéticas simulando residuos lácteos, donde se disolvió 8 gramos de leche en polvo en un litro de agua, utilizando las siguientes condiciones: pH 3, un voltaje de 8 V y una densidad de corriente de 140 A/m2 entre los electrodos en contacto con 200 mL de la muestra sintética, y por un tiempo máximo de 4 horas. Se registraron los cambios respecto a los valores iniciales de parámetros representativos para el tratamiento electroquímico en cuestión como, por ejemplo, turbidez, demanda química de oxígeno (DQO), contenido total de proteínas, en intervalos de 1 hora. Bajo las condiciones electrolíticas indicadas anteriormente, se observó que en la celda Fe/fieltro aumenta la eficiencia en la disminución del DQO, turbidez y contenido total de proteínas hasta de niveles de 86,88 %, 85,31 % y 78,91 % (Tabla 22), respectivamente. Esto implica un aumento en la eficiencia de remoción adicional de la demanda química de oxigeno (DQO), turbidez (NTU) y porcentaje total de proteínas de 9,05 %, 3,68%, 11,39% (Tabla 24), respectivamente, comparado a la celda estándar Fieltro / H2SO4 (pH = 3) / Fieltro. / Tesis

Frente a la problemática de contaminación de residuos acuosos, métodos de recuperación y de remoción de los mismos, han sido probados con la finalidad de disminuir el impacto ambiental. Pese a que los tres métodos conocidos de recuperación (adición de fase, campo de fuerza y barrera) han demostrado tener un buen desempeño sobre diferentes muestras estudiadas; un contratiempo ha sido la concentración incial de los contaminantes presentes, la cual por ser generalmente elevada, continúa siendo alta aún despues de aplicado el tratamiento. Es así como las técnicas de remoción se empiezan a desarrollar como alternativa frente a las de recuperación. Son dos los métodos de remoción investigados hasta el momento: adsorción y degradación, de los cuales, el último ha sido el más estudiado, debido a su capacidad de degradar no sólo las sustancias orgánicas contaminantes, si no también a los productos de degradación de las mismas (pese a su gran estabilidad, éstos también pueden descomponerse durante algunas operaciones tecnológicas), cuya resistencia ambiental aun es desconocida. El proceso electro-Fenton constituye uno de los métodos degradativos más importantes estudiados hasta la fecha. Mediante este proceso, el radical hidroxilo (OH·), con un alto poder oxidativo (E0 = +2,8V), es capaz de degradar contaminantes orgánicos no biodegradables. Básicamente consiste en la generación electroquímica (in situ) de peróxido de hidrógeno, empleando Fe2+ como catalizador. Una reacción entre el peróxido y iones Fe2+ daría lugar a la formación de los radicales. Es por esta razón, que el empleo de un electrodo a base de fieltro de carbono dopado con partículas de hierro magnéticas (magnetita, Fe3O4), en este proceso, constituye la motivación del presente trabajo. Adicionalmente, las partículas magnéticas ayudarían a remover, magnéticamente y por adsorción, diversos metales en la solución a tratar. Así, un estudio de la electrodeposición de magnetita Fe3O4 sobre fieltro de carbono, se realizó a partir de una solución de Fe(NH4)2(SO4)2,6H2O y K(CH3COO), variando las condiciones de temperatura (25oC, 50oC y 90oC) y pre-tratamiento del fieltro de partida. Una temperatura de electrodeposición de 90oC resultó ser la más eficiente; obteniénsode una fase de 49% de magnetita, otra de 36% de hematita, y finalmente una de 15% de goetita, lepidocrocita y hematita (porcentajes relativos). El empleo de una temperatura de 25oC favoreció la deposición de una única fase de goetita; mientras que una de 50oC, dió como resultado la formación de 7 fases distribuidas de manera heterogéna sobre el área analizada del substrato, de las cuales sólo dos lograron ser identificadas con algún óxido de hierro (hematita Fe2O3 y óxido ferroso FeO). De la misma manera, al realizar las pruebas sobre el fieltro de carbono pre-tratado con partículas de óxido de cobre, los óxidos de hierro electrodepositados (FeO) mostraron poca estabilidad (descomposición a Fe sólido y otros óxidos como Fe2O3 y Fe3O4). Finalmente, óxidos de hierro hidratados del tipo lepidocrocita (−FeOOH), también fueron obtenidos tras llevarse a cabo la deposición mediante la reducción de iones Fe3+(Fe(NO3)3) asistida por agente reductor dimetilamino borano (DMAB). Al parecer, el empleo del fieltro de carbono como soporte, tendría un rol importante sobre fenómenos de nucleación que habrían favorecido la formación de dichas partículas de óxido, en vez de la magnetita. No obstante, se demostró que la cantidad de Fe3O4 formada durante su electrodeposición (90oC), pudo ser suficiente como para remover más de la mitad de iones indicadores Mn2+ (_=60% de remoción) presentes en solución. / Tesis

La presente investigación se basa en la oxidación electroquímica para la degradación de efluentes con residuos lácteos, utilizando electrodos a base de fieltro grafítico directamente o con algunas modificaciones en su superficie, estos ofrecen muchas ventajas con respecto a otros electrodos, ya que son químicamente estables, son buenos conductores eléctricos y tiene una excelente fijación de algunas moléculas en su superficie. Por ello, en esta investigación se compara la eficiencia de diferentes sistemas de celdas en procesos electroquímicos para el tratamiento de muestras sintéticas que simulan el contenido de efluentes residuales de la industria láctea, teniendo como principios la oxidación anódica, y el proceso electro-Fenton. Para los diferentes sistemas de celda, se prepararon muestras sintéticas simulando residuos lácteos, donde se disolvió 8 gramos de leche en polvo en un litro de agua, utilizando las siguientes condiciones: pH 3, un voltaje de 8 V y una densidad de corriente de 140 A/m2 entre los electrodos en contacto con 200 mL de la muestra sintética, y por un tiempo máximo de 4 horas. Se registraron los cambios respecto a los valores iniciales de parámetros representativos para el tratamiento electroquímico en cuestión como, por ejemplo, turbidez, demanda química de oxígeno (DQO), contenido total de proteínas, en intervalos de 1 hora. Bajo las condiciones electrolíticas indicadas anteriormente, se observó que en la celda Fe/fieltro aumenta la eficiencia en la disminución del DQO, turbidez y contenido total de proteínas hasta de niveles de 86,88 %, 85,31 % y 78,91 % (Tabla 22), respectivamente. Esto implica un aumento en la eficiencia de remoción adicional de la demanda química de oxigeno (DQO), turbidez (NTU) y porcentaje total de proteínas de 9,05 %, 3,68%, 11,39% (Tabla 24), respectivamente, comparado a la celda estándar Fieltro / H2SO4 (pH = 3) / Fieltro. / Tesis

[ES] El fósforo es inherente al mantenimiento de la vida y desempeña un papel fundamental en la producción de alimentos. La inminente escasez de rocas fosfóricas, principal materia prima para la producción de fertilizantes a base de fósforo ha impulsado la investigación sobre la recuperación de este nutriente a partir de fuentes alternativas, como las aguas residuales municipales. En un estudio reciente, fue posible concentrar y recuperar fosfatos de una solución que simulaba aguas residuales municipales mediante electrodiálisis, además de promover la separación de fosfatos de los aniones coexistentes. Sin embargo, este proceso de separación comprometió la estructura de la membrana aniónica. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue establecer las condiciones adecuadas para recuperar fosfatos de una solución con bajo contenido de este nutriente. Se realizaron experimentos de electrodiálisis bajo intenso campo eléctrico utilizando dos membranas aniónicas diferentes, una de origen chino (IONSEP-HC-A) y otra checa (AMHPP, resistente a medios alcalinos), caracterizándolas antes y después de los ensayos. Además, se estudiaron las reacciones químicas que acompañan al transporte de fosfatos a través de membranas aniónicas mediante voltamperometría lineal, cronopotenciometría y espectroscopia de impedancia electroquímica. Los resultados de las pruebas de electrodiálisis indican la posibilidad de separación de iones de fosfato utilizando la membrana IONSEP-HC-A, condición que no se logra con la membrana AMHPP. Mediante espectros FTIR se observó que la aplicación de campos eléctricos intensos provocó la transformación parcial de los grupos funcionales de ambas membranas. Sin embargo, además de esto, se notó la degradación de la malla estructural de la membrana china. Además, las imágenes SEM indicaron la formación de cavidades en la superficie de la membrana IONSEP-HC-A, lo que no se observó en la membrana AMHPP. A través de estas imágenes también se observó que la superficie de la membrana AMHPP tiene una mayor área conductora, lo que puede facilitar la formación de vórtices electroconvectivos, mientras que la distribución de grupos funcionales en la membrana IONSEP-HC-A facilitaría la disociación del agua. Estas suposiciones se confirman mediante espectros de impedancia y curvas cronopotenciométricas. Para la membrana AMHPP, las curvas cronopotenciométricas atestiguan que la electroconvección es el mecanismo predominante de transferencia de masa, a pesar de la presencia de arcos de Gerischer que indican la ocurrencia de reacciones químicas en la capa límite de difusión. En cuanto a la membrana IONSEP-HC-A, los resultados muestran el predominio de la disociación del agua, lo que dificulta el paso de los iones fosfato a través de la membrana y permite su separación. / [CA] El fòsfor és inherent al manteniment de la vida i exerceix un paper fonamental en la producció d'aliments. La imminent escassetat de roques fosfòriques, principal matèria primera per a la producció de fertilitzants a base de fòsfor ha impulsat la investigació sobre la recuperació d'aquest nutrient a partir de fonts alternatives, com les aigües residuals municipals. En un estudi recent, va ser possible concentrar i recuperar fosfats d'una solució que simulava aigües residuals municipals mitjançant electrodiálisis, a més de promoure la separació de fosfats dels anions coexistents. No obstant això, aquest procés de separació va comprometre l'estructura de la membrana aniònica. Per tant, l'objectiu d'aquest treball va ser establir les condicions adequades per a recuperar fosfats d'una solució amb baix contingut d'aquest nutrient. Es van realitzar experiments de electrodiálisis baix intens camp elèctric utilitzant dues membranes aniòniques diferents, una d'origen xinés (IONSEP-HC-A) i una altra txeca (AMHPP, resistent a mitjans alcalins), caracteritzant-les abans i després dels assajos. A més, es van estudiar les reaccions químiques que acompanyen al transport de fosfats a través de membranes aniòniques mitjançant voltamperometria lineal, cronopotenciometría i espectroscòpia d'impedància electroquímica. Els resultats de les proves de electrodiálisis indiquen la possibilitat de separació d'ions de fosfat utilitzant la membrana IONSEP-HC-A, condició que no s'aconsegueix amb la membrana AMHPP. Mitjançant espectres FTIR es va observar que l'aplicació de camps elèctrics intensos va provocar la transformació parcial dels grups funcionals de totes dues membranes. Tanmateix, a més d'això, es va notar la degradació de la malla estructural de la membrana xinesa. A més, les imatges SEM van indicar la formació de cavitats en la superfície de la membrana IONSEP-HC-A, la qual cosa no es va observar en la membrana AMHPP. A través d'aquestes imatges també es va observar que la superfície de la membrana AMHPP té una major àrea conductora, la qual cosa pot facilitar la formació de vòrtexs electroconvectivos, mentre que la distribució de grups funcionals en la membrana IONSEP-HC-A facilitaria la dissociació de l'aigua. Aquestes suposicions es confirmen mitjançant espectres d'impedància i corbes cronopotenciométricas. Per a la membrana AMHPP, les corbes cronopotenciométricas testifiquen que la electroconvección és el mecanisme predominant de transferència de massa, malgrat la presència d'arcs de Gerischer que indiquen l'ocurrència de reaccions químiques en la capa límit de difusió. Quant a la membrana IONSEP-HC-A, els resultats mostren el predomini de la dissociació de l'aigua, la qual cosa dificulta el pas dels ions fosfate a través de la membrana i permet la seua separació. / [EN] Phosphorus is inherent in maintaining life and plays a key role in food production. The imminent scarcity of phosphate rocks, the main raw material for the production of phosphorus-based fertilizers has boosted research on the recovery of this nutrient from alternative sources, such as municipal wastewater. In a recent study, it was possible to concentrate and recover phosphates from a solution simulating municipal wastewater through electrodialysis, as well as promoting the separation of phosphates from existing anions. However, this separation process compromised the structure of the anion-exchange membrane. Therefore, the objective of this work was to establish adequate conditions to recover phosphates from a low phosphate-containing solution. Electrodialysis experiments were carried out under intense electric field using two different anion-exchange membranes, one of Chinese origin (IONSEP-HC-A) and the other Czech (AMHPP, alkali-resistant), characterizing them before and after the tests. Furthermore, chemical reactions that accompany the transport of phosphates through anion-exchange membranes were studied using linear voltammetry, chronopotentiometry and electrochemical impedance spectroscopy. The electrodialysis results indicate the possibility of phosphates separation using the IONSEP-HC-A membrane, a condition not achieved with the AMHPP membrane. Through FTIR spectra, it was observed that the application of intense electric fields caused the partial transformation of the functional groups of both membranes. However, in addition to this, the degradation of the structural mesh of the Chinese membrane was noted. Furthermore, SEM images indicated the formation of cavities on the surface of the IONSEP-HC-A membrane, which was not observed for the AMHPP membrane. Through these images, it was also observed that the surface of the AMHPP membrane has a larger conductive area, which may facilitate the formation of electroconvective vortices, while the distribution of functional groups in the IONSEP-HC-A membrane would facilitate the dissociation of water. These assumptions are confirmed by means of impedance spectra and chronopotentiometric curves. For the AMHPP membrane, chronopotentiometric curves attest to electroconvection as the predominant mass transfer mechanism, despite the presence of Gerischer arcs indicating the occurrence of chemical reactions in the diffusion boundary layer. As for the IONSEP-HC-A membrane, the predominance of water dissociation was noted, making it difficult for phosphate ions to pass through the membrane and allowing their separation. / [PT] O fósforo é inerente à manutenção da vida e exerce um papel fundamental na produção de alimentos. A iminente escassez de rochas fosfatadas, principal matéria-prima para produção de fertilizantes a base de fósforo tem impulsionado pesquisas sobre a recuperação desse nutriente de fontes alternativas, como as águas residuárias municipais. Em estudo recente, foi possível concentrar e recuperar fosfatos de uma solução simulando uma água residuária municipal através da eletrodiálise, bem como promover a separação de fosfatos de ânions coexistentes. Entretanto, esse processo de separação comprometeu a estrutura da membrana aniônica. Assim sendo, o objetivo desse trabalho foi estabelecer condições adequadas para recuperar fosfatos de uma solução com baixo teor desse nutriente. Foram realizados experimentos de eletrodiálise mediante intenso campo elétrico utilizando diferentes duas membranas aniônicas, uma de origem chinesa (IONSEP-HC-A) e outra tcheca (AMHPP, resistente a meios alcalinos), caracterizando-as antes e após os ensaios. Ainda, foram estudadas as reações químicas que acompanham o transporte de fosfatos por membranas aniônicas empregando a voltametria linear, cronopotenciometria e a espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados dos ensaios de eletrodiálise indicam a possibilidade de separação de íons fosfato usando a membrana IONSEP-HC-A, condição não atingida com a membrana AMHPP. Por meio de espectros de FTIR, observou-se que a aplicação de intensos campos elétricos ocasionou a transformação parcial dos grupos funcionais de ambas as membranas. Porém, adicionalmente a isso, notou-se a degradação da malha estrutural da membrana chinesa. Ainda, imagens de MEV indicaram a formação de cavidades na superfície da membrana IONSEP-HC-A, o que não foi observado para a membrana AMHPP. Por meio dessas imagens, observou-se também que a superfície da membrana AMHPP possui maior área condutora, podendo facilitar a formação de vórtices eletroconvectivos, enquanto a distribuição dos grupos funcionais na membrana IONSEP-HC-A facilitaria a dissociação de água. Essas suposições são confirmadas por meio de espectros de impedância e curvas cronopotenciométricas. Para a membrana AMHPP, curvas cronopotenciométricas atestam a eletroconvecção como mecanismo de transferência de massa predominante, apesar da presença de arcos de Gerischer indicando a ocorrência de reações químicas na camada limite de difusão. Já para a membrana IONSEP-HC- A, os resultados evidenciam a predominância da dissociação de água, dificultando a passagem de íons fosfato através da membrana e permitindo a sua separação. / Rotta, EH. (2023). Caracterização de membranas aniônicas e avaliação do transporte de íons fosfato em um sistema de eletrodiálise [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191741

L'Electrogravimetria AC empra una microbalança de quars electroquímica (EQCM) en règim dinàmic. En l'EQCM un dels elèctrodes d'or depositats sobre el cristall és recobert amb una fina pelolícula d'un polímer electroactiv i és emprat com a elèctrode de treball (WE) dins d'una celola electroquímica. Les variacions de la freqüència de ressonància de la microbalança de quars (QCM) permeten obtindre la resposta massa associada amb la transferència de càrrega que es dóna en la interfície polímer-electròlit. L'Electrogravimetria AC va ser proposta a fi de caracteritzar i separadament identificar el moviment dels ions i el solvent en la interfície polímer-electròlit. En esta tècnica s'analitza en el domine de la freqüència la resposta de massa davant de xicotetes pertorbacions de voltatge gràcies a l'ocupació de la microbalança de quars en règim dinàmic. Per a este propòsit s'aplica una xicoteta pertorbació sinusoidal superposada a una tensió contínua, entre l'elèctrode de referència i l'elèctrode de treball de la celola. Posteriorment, es pot dibuixar la funció de transferència electrogravimètrica (EGTF), definida esta com la raó (?m/?E) entre l'amplitud dels canvis de massa induïts (?m) i l'amplitud de la pertorbació sinusoïdal aplicada (?E). Esta funció de transferència se dibuixa en un pla complex per a cada una de les freqüències de la senyal de pertorbació. Les distintes espècies iònicas involucrades són identificades en el pla complex per mitjà de bucles característics sempre que els bucles no se superposen. Per mitjà d'esta tesi doctoral es proposa un nou sistema de conversió de freqüència-tensió basat en un doble ajust de freqüència implementat amb un PLL mesclant elements analògics i digitals (AD PLL). Els resultats trobats tant en la caracterització electrònica del dispositiu com en la fase experimental proven la fiabilitat del sistema per als mesuraments realitzats en la tècnica d'Electrogravimetria AC. / Torres Villa, RA. (2007). Instrumental techniques for improving the measurements based on Quartz Crystal Microbalances (Técnicas instrumentales para mejorar las mediciones con microbalanzas de cuarzo) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17323