La contaminación por nitratos de las aguas naturales es un problema que afecta a gran parte de zonas agrícolas y ganaderas. Para reducir los nitratos presentes en dichas aguas se han propuesto varias técnicas, la mejor de las cuales podría ser desde un punto de vista medioambiental la reducción catalítica de nitratos a nitrógeno. En este sentido, en esta tesis se ha utilizado la técnica antes nombrada para eliminar nitratos de aguas naturales utilizando un reactor en continuo. Para ello, se han optimizado las condiciones de reacción, tales como el pH, la temperatura, la velocidad de agitación, el tiempo de contacto, el flujo de hidrógeno y el tipo de reactor. Una vez fijadas las condiciones de reacción se ha optimizado la composición del catalizador y su forma de preparación. Se han estudiado diversas combinaciones de diferentes metales obteniendo los mejores resultados con una combinación Pd-Sn de relación 2. Se ha realizado un estudio sobre la influencia del soporte utilizado en la actividad del catalizador y tras realizar experimentos con distintos óxidos, carbones y zeolitas se ha obtenido la mejor actividad y selectividad a nitrógeno para el catalizador basado en alúmina o en un material mesoporoso como el material MCM-41. La preparación del catalizador se ha estudiado con el catalizador Sn/Pd soportado sobre alúmina obteniendo los mejores resultados al preparar el catalizador mediante una impregnación a volumen de poro añadiendo primero la sal de Sn y luego la sal de Pd y activando el catalizador a temperaturas inferiores a 200ºC. Se ha estudiado el tiempo de vida del catalizador obteniéndose que el catalizador es activo durante 17 días al usarlo en aguas naturales, siendo posible reutilizarlo tras regenerarlo lavándolo con agua destilada, ya que su desactivación está principalmente relacionada con la deposición de especies iónicas sobre la superficie del catalizador. No obstante, es imposible evitar en la reacción de reducción de nitratos la producción de amonio, por ello se han estudiado distintas opciones para eliminar este subproducto. Tras analizar éstas, se ha determinado que la mejor manera de eliminar el amonio del medio es por intercambio aniónico usando una zeolita natural (clinoptilolita). El catalizador Sn/Pd/Al2O3 se ha caracterizado mediante diferentes técnicas, antes y después de reacción, con el fin de determinar las fases activas del mismo, las propiedades texturales, el tamaño de partícula metálica y su dispersión. Los resultados obtenidos muestran que el catalizador es estable durante la reacción y no sufre modificaciones en su estructura ni en sus propiedades texturales. La comparación de los resultados obtenidos al estudiar la actividad del catalizador con los resultados obtenidos en su caracterización ha permitido determinar que inicialmente los nitratos son reducidos a nitritos, siendo posteriormente los nitritos reducidos a nitrógeno o amonio. / Franch Martí, C. (2011). ELIMINACIÓN CATALÍTICA DE NITRATOS EN CONTINUO EN AGUAS NATURALES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14118

El término "Economía del Hidrógeno" responde a una visión de futuro donde este gas, generado de forma limpia y económica, serviría para alimentar el grueso de las necesidades energéticas de la sociedad. Esta propuesta reduciría la dependencia actual sobre los combustibles fósiles, ya que el hidrógeno podría ser producido a partir de otras fuentes primarias como las renovables o la nuclear. Igualmente se disminuiría la contaminación atmosférica y la emisión de gases de efecto invernadero, puesto que el único residuo generado en la combustión del hidrógeno en una pila de combustible es agua. En este contexto, la presente Tesis Doctoral pretende contribuir a la mejora de la eficiencia energética y el abaratamiento de costes (tanto de instalación como de operación) de la electrólisis alcalina del agua como vía para la producción de hidrógeno. Este objetivo se ha alcanzado mediante el desarrollo de nuevos materiales de electrodo (cátodos), componentes clave de los electrolizadores. Las principales características que debe poseer un material de electrodo son: alta superficie específica (porosidad), buenas propiedades catalíticas intrínsecas, y durabilidad/estabilidad en las condiciones de operación, todo esto a un bajo coste de producción. Con la finalidad de lograr un material que reúna todas las propiedades enunciadas, en la Tesis Doctoral se han sintetizado materiales porosos de base Níquel por electrodeposición sobre sustratos de acero inoxidable. Para este propósito ha sido necesario el desarrollo de un pre-tratamiento de los sustratos, que ha garantizado la correcta adherencia de las capas depositadas. Los materiales electródicos se han fabricado de acuerdo a distintas estrategias de electrodeposición: por un lado, materiales tipo Raney, caracterizados por grietas superficiales; por otro lado, materiales macroporosos obtenidos sobre plantillas dinámicas gaseosas (generadas mediante aplicación de densidades de corriente elevadas). Siguiendo estos procedimientos, se / Herraiz Cardona, I. (2012). Desarrollo de nuevos materiales de electrodo para la obtención de Hidrógeno a partir de la electrólisis alcalina del agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16804

La aleación biomédica CoCrMo se emplea en la elaboración de prótesis de sustituciones articulares totales o parciales de cadera y rodilla debido a su biocompatibilidad y a sus buenas propiedades mecánicas entre las que destacan su elevada resistencia a la corrosión y al desgaste. La superficie del biomaterial CoCrMo reacciona de manera espontánea con el medio que la rodea formando una capa pasiva de óxidos metálicos que auto-protege a la aleación del medio y condiciona su comportamiento frente a la corrosión. Hay que tener en cuenta que el medio en el que trabajan estas prótesis es uno de los más agresivos que se conocen lo que agrava el proceso de corrosión. Dicho proceso contribuye a la liberación de iones metálicos dentro del cuerpo humano acelerando el deterioro de dichas prótesis y problemas clínicos en los pacientes. En este contexto, la presente Tesis Doctoral pretende estudiar los mecanismos de biocorrosión que determinan la degradación de la aleación CoCrMo en condiciones fisiológicas. Para ello, en primer lugar se ha realizado la caracterización electroquímica del biomaterial en diferentes condiciones físico-químicas de relevancia biológica (composición química del fluido simulado, pH, contenido en oxígeno y potencial aplicado) las cuales influyen notablemente en las reacciones electroquímicas que tienen lugar en la interfase biometerial/medio. Posteriormente, se ha estudiado cómo influye la adsorción de albúmina (proteína modelo y mayoritaria en el cuerpo humano) en el comportamiento electroquímico de la aleación en función de la concentración de proteína y la temperatura del medio. Este estudio se ha llevado a cabo desde el punto de vista termodinámico y se ha demostrado que el proceso de adsorción de la proteína sobre la superficie de la aleación CoCrMo ocurre de manera espontánea por quimisorción modelándose correctamente mediante la Isoterma de Langmuir. Finalmente, se han estudiado las cinéticas de pasivación y de adsorción de proteína mediante la p / Valero Vidal, C. (2012). Study of the degradation mechanisms of the CoCrMo biomedical alloy in physiological media by electrochemical techniques and surface analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16881

La presente Tesis Doctoral titulada "Estudio del comportamiento estacionario y dinámico de una pila de combustible de 300 W de potencia operando en modos ánodo cerrado y ánodo abierto" se estudia el efecto de las variables de operación de la pila de combustible como son los caudales de hidrógeno y de aire, la temperatura de operación, la temperatura de humidificación de los gases, los coeficientes estequiométricos de los gases y la presión de alimentación de los mismos sobre el comportamiento de una pila de combustible de 300W y de las celdas individuales que la componen, mediante las curvas potencial-densidad de corriente o curvas de polarización y mediante espectroscopía de impedancias electroquímicas. Para llevar a cabo el trabajo se ha desarrollado un sistema de monitorización y control de las variables mencionadas previamente. Las curvas de polarización son características de cada pila de combustible, y permiten estudiar su comportamiento estacionario en diferentes condiciones de operación. En modo ánodo cerrado el potencial aumenta con el coeficiente estequiométrico del aire. En modo ánodo abierto, el potencial aumenta con los coeficientes estequiométricos del hidrógeno y del aire, con los caudales de ambos gases y con la presión. Con respecto a la temperatura, en ambos modos de operación, los mejores resultados se obtienen cuando la temperatura de operación y de humidificación tienen valores similares. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite determinar los parámetros cinéticos de las celdas individuales mediante el ajuste de las curvas de polarización experimentales al modelo propuesto. Al estudiar el comportamiento dinámico se ha observado que cuando se produce un aumento de la densidad de corriente el potencial disminuye bruscamente, alcanza un valor mínimo o subimpulso y luego aumenta hasta alcanzar un nuevo estado estacionario. Por otro lado, cuando se produce un cambio negativo en la densidad de corriente el potencial aumenta hasta un valo / Pérez Page, M. (2012). ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESTACIONARIO Y DINÁMICO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE TIPO PEM DE 300 W OPERANDO EN LOS MODOS DE OPERACIÓN DE ÁNODO CERRADO O DEAD-END Y ÁNODO ABIERTO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16960

La obtención de ácido fosfórico a partir del proceso húmedo constituye aproximadamente un 95% de su producción. Entre las etapas principales de este proceso productivo, hay que mencionar el ataque de la roca fosfórica con ácido sulfúrico concentrado, la filtración y posterior concentración del ácido producido. Esta técnica genera severos problemas de corrosión en los equipos e instalaciones, debido principalmente a la presencia de impurezas en el ácido fosfórico, como son cloruros, fluoruros y sulfatos, aunque también a las elevadas temperaturas y concentración del medio. En este contexto, la presente Tesis Doctoral pretende realizar un estudio exhaustivo de la resistencia frente a la corrosión del acero inoxidable altamente aleado UNS N08031 (Alloy 31) en medio ácido fosfórico contaminado con diferentes impurezas y concentraciones distintas. Las curvas potenciodinámicas obtenidas a diferentes temperaturas, revelaron un amplio rango de potencial en el que el material se encuentra en estado pasivo. Dentro de este rango de potenciales se realiza el estudio de la cinética de formación de las películas pasivas mediante ensayos potenciostáticos y, se evalúa el comportamiento eléctrico a partir de la técnica de Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y análisis Mott-Schottky. Los datos experimentales obtenidos mediante EIS permitieron definir el modelo físico de formación y disolución de las películas pasivas. La modelización mediante circuitos eléctricos equivalentes explicó la estructura de doble capa de las películas pasivas, así como los procesos de difusión que tienen lugar bajo las condiciones de trabajo más severas. Los resultados de EIS revelaron el efecto perjudicial, tanto de la temperatura como de los iones fluoruros. La caracterización semiconductora mediante análisis Mott-Schottky demostró el comportamiento semiconductor de tipo n, asociado a la formación de un compuesto óxido de molibdeno insoluble (MoO3), así como de otros óxidos Fe2O3. En otros casos también se distinguió el carácter semiconductor de tipo p, revelando la presencia de otros óxidos: Cr2O3, FeO y NiO. La presencia de estos compuestos sobre el Alloy 31 se justificó mediante los análisis de espectroscopía de fotoemisión de rayos X (XPS). Finalmente, se utilizaron técnicas electroquímicas a escala micro, para caracterizar el Alloy 31 y su soldadura en una disolución 35g/l NaCl. En definitiva se dedujo que, la parte del material soldado presentaba una mayor actividad electroquímica y, por tanto será más susceptible a los fenómenos corrosivos. Al mismo tiempo, este comportamiento se justifica con la morfología observada en su microestructura, en la que se observó una segregación de elementos de aleación en los bordes de grano. / Escrivá Cerdán, C. (2013). Caracterización de la Pasividad del Acero Inoxidable uns N08031 en Ácido Fosfórico Contaminado mediante Técnicas Electroquímicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27647

Tesis por compendio / [EN] In order to improve the permselective and antifouling properties, in the present work the synthesis and development of low fouling flat-sheet polymeric ultrafiltration membranes by the incorporation of nano-sized additives with different nature (organic and inorganic) and hydrophilicity were studied. For this purpose, two different processes to modify membranes were investigated: by blending the additives in the polymer solution during the membrane synthesis (non-solvent induced phase separation or immersion-precipitation phase inversion) and by changing the surface properties of a formed membrane using UV-induced modification. In both methods, the influence of additives at different concentrations in the membrane morphology and in the permselective properties (permeability and selectivity) was studied using different analytic and microscopic techniques, such as IR spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, water contact angle and porosity measurements. The additives used to modify the polymeric structure were: an organic polymer (polyethylene glycol with a molecular weight of 400 Da), two metal oxides (aluminium oxide and zinc oxide), and a metal dichalcogenide (tungsten disulphide). Experiments were carried out in a standard ultrafiltration pilot plant using membranes based on different polymers (polyetherimide, polysulphone, polyethersulphone) synthesised in our laboratory and commercial membranes (all these membranes were synthesised by phase-inversion method). Each experiment was divided into three stages: determination of water permeability and intrinsic membrane resistance, molecular weight cut-off determination by using model solutions consisting of polyethylene glycols with different molecular weights, and fouling/rinsing cycles using different feed solutions. Results demonstrated that the additives at specific concentrations were able to greatly improve the characteristics and permselective properties of the pristine membranes. In the same way, a higher improvement in these properties were observed using the UV-induced modification technique compared to the presence of additives in the polymer solution during the phase-inversion method, which not only allowed the preservation of the main characteristics of the pristine membrane, but also allowed the incorporation of the advantages from the additives used. Furthermore, the optimal compositions of the membranes during the different modifications to obtain a membrane with higher fouling resistance were determined. / [ES] Con el fin de mejorar las propiedades permeselectivas y la resistencia al ensuciamiento, en el presente trabajo de investigación se estudió la síntesis y desarrollo de membranas poliméricas planas de ultrafiltración de bajo ensuciamiento mediante la incorporación de diversos aditivos de diferente naturaleza (orgánica e inorgánica) e hidrofilicidad a escala nanoscópica. Para ello, se investigaron dos tipos diferentes de modificación de membranas: mediante la introducción de aditivos en la disolución polimérica durante el proceso de fabricación de la membrana (método de inversión de fase vía precipitación por inmersión), y mediante la modificación superficial de membranas ya fabricadas inducida por radiación ultravioleta. En ambos métodos, la influencia de los aditivos a distintas concentraciones en la morfología y en las propiedades permeselectivas (permeabilidad y selectividad) de las membranas poliméricas fue estudiada mediante distintas técnicas analíticas y microscópicas (espectroscopia infrarroja, microscopia electrónica de barrido, microscopía de fuerza atómica, medidas de mojabilidad, mediante ángulo de contacto, y determinación de porosidad, entre otros). Los aditivos seleccionados para modificar la estructura polimérica fueron un compuesto orgánico (polietilenglicol con un peso molecular de 400 Da), dos óxidos metálicos (óxido de aluminio y óxido de zinc) y un calcogenuro (disulfuro de tungsteno). Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio en una planta de ultrafiltración convencional con membranas de distinto material polimérico (poliéterimida, polisulfona y poliétersulfona) y con membranas comerciales (todas ellas de poliétersulfona fabricadas por el método de inversión de fase). Cada ensayo fue dividido en tres etapas: determinación de permeabilidad hidráulica y resistencia intrínseca de membrana, determinación de umbral de corte molecular (molecular weight cut-off) con disoluciones modelo de distintos pesos moleculares de polietilenglicol y ciclos de ensuciamiento/aclarado con distintas disoluciones alimento. Los resultados obtenidos mostraron que los aditivos a ciertas concentraciones fueron capaces de mejorar enormemente las propiedades intrínsecas y permeselectivas de las membranas originales. Del mismo modo, se observó la mayor eficiencia de la modificación inducida por radiación ultravioleta para preservar las características de la membrana original y, además, añadir las ventajas de los aditivos utilizados. Con todo ello, se determinaron las composiciones óptimas de los aditivos durante las modificaciones tanto internas como superficiales de las membranas para obtener membranas resistentes al ensuciamiento. / [CA] Amb la finalitat de millorar les propietats permselectives i la resistència a l'embrutament, en el present treball d'investigació es va estudiar la síntesi i el desenvolupament de membranes polimèriques planes d'ultrafiltració de baix embrutament mitjançant la incorporació de diversos additius de diferent naturalesa (orgánica i inorgánica) i hidrofilicitat a escala nanoscòpica. Per a això, s'investigaren dos tipus diferents de modificació de membranes: mitjançant la introducció d'additius en la dissolució polimèrica durant el procés de fabricació de la membrana (mètode d'inversió de fase via precipitació per immersió), i mitjançant la modificació superficial de membranes ja fabricades induïda per radiació ultraviolada. En ambdós mètodes, la influència dels additius a diferents concentracions en la morfologia i en les propietats permselectives (permeabilitat i selectivitat) de les membranes polimèriques va estudiar-se mitjançant diferents tècniques analítiques i microscòpiques (com espectroscòpia infraroja, microscòpia electrònica de rastreig, microscòpia de força atòmica, mesures de mullabilitat per mitjà d'àngul de contacte, determinació de porositat). Els additius seleccionats per a modificar la estructura polimèrica van ser un compost orgànic (polietilenglicol amb un pes molecular de 400 Da), dos òxids metàl·lics (òxid d'alumini i òxid de zinc) i un calcogenur (disulfur de tungstèn). Els assaigs es varen realitzar a escala de laboratori en una planta d'ultrafiltració convencional amb membranes de diferent material polimèric (poliéterimida, polisulfona i poliétersufona) i amb membranes comercials (totes elles fabricades pel mètode d'inversió de fase). Cada assaig va dividir-se en tres etapes: determinació de permeabilitat hidràulica i resistència intrínseca de membrana, determinació d'umbral de tall molecular amb dissolucions models de diferents pesos moleculars de polietilenglicol i cicles d'embrutament/aclarat amb diferents dissolucions aliment. Els resultats obtinguts mostraren que els additius a determinades concentracions van ser capaços de millorar enormement les característiques i propietats permselectives de les membranes originals. De la mateixa manera, es va observar la major eficiència de la modificació induïda per radiació ultraviolada per a preservar les característiques de la membrana original i a més, afegir els avantatges dels additius utilitzats. Amb tot això, les composicions òptimes dels additius durant les modificacions tant internes com superficial de les membranes per a obtenir membranes resistents a l'embrutament van ser determinades. / García Ivars, J. (2015). OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MEMBRANAS POLIMÉRICAS DE ULTRAFILTRACIÓN DE BAJO ENSUCIAMIENTO Y ESTUDIO DE CONDICIONES DE FABRICACIÓN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54125 / Compendio

Tesis por compendio / [EN] In this PhD Thesis, the application of two non conventional techniques (saline solutions and electric fields) to clean ultrafiltration membranes that were previously fouled with whey model solutions was investigated. In addition, the membrane fouling caused by the different model solutions was studied as well. This fouling was characterised by fitting different semi-empirical mathematical models to the experimental data of permeate flux evolution with time. Experiments were performed at a laboratory scale with four ultrafiltration membranes of different material (ceramic and organic) and molecular weight cut-off (5, 15, 30 and 50 kDa) and three different whey model solutions consisting of aqueous solutions of bovine serum albumin (BSA), BSA with CaCl2 and whey protein concentrate (WPC). Each experiment was divided in four steps: fouling with the model solution, first rinsing, cleaning and second rinsing. Experimental conditions during the first stage were the same in all the cases, so that it could be determined the influence of the experimental conditions during the cleaning step (type of saline solution, salt concentration, cleaning solution temperature, crossflow velocity and potential of the electric field) on the cleaning efficiency. The mathematical models considered were the Hermia's models adapted to crossflow filtration, a combined model based on Hermia's equations of complete pore blocking and cake formation and a resistance-in-series model. The results obtained during the fouling step demonstrated that the mathematical models used were able to predict with high accuracy the permeate flux decline with time. The value of the model characteristic parameters and the fouling mechanisms mainly responsible for that decline were determined. Regarding the cleaning experiments for the membranes used, the results indicated that both, saline solutions and electric fields, were effective techniques to recover the membrane permselective properties when an optimal salt concentration range was considered. / [ES] En la presente Tesis Doctoral se investigó la aplicación de dos técnicas no convencionales (disoluciones salinas y campos eléctricos) para limpiar membranas de ultrafiltración que previamente habían sido ensuciadas con disoluciones modelo de lactosuero. Además, se estudió el ensuciamiento de las membranas causado por las diferentes disoluciones ensayadas, caracterizando el mismo mediante el ajuste de distintos modelos matemáticos semi-empíricos a los resultados experimentales de variación de la densidad de flujo de permeado con el tiempo. Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio con cuatro membranas de ultrafiltración de diferente material (cerámicas y orgánicas) y umbral de corte molecular (5, 15, 30 y 50 kDa) y con tres disoluciones modelo de lactosuero consistentes en disoluciones acuosas de seroalbúmina bovina (BSA), BSA con CaCl2 y concentrado de proteínas de lactosuero (WPC). Cada ensayo fue dividido en cuatro etapas: ensuciamiento con la disolución modelo, primer aclarado, limpieza y segundo aclarado. Las condiciones experimentales durante la primera etapa fueron las mismas en todos los casos, para poder evaluar la influencia de las condiciones experimentales durante la etapa de limpieza (tipo de disolución salina, concentración de sal, temperatura de la disolución, velocidad tangencial y potencial de campo eléctrico aplicado) en la eficacia del proceso de limpieza. Los modelos matemáticos considerados fueron los modelos de Hermia adaptados a flujo tangencial, un modelo combinado basado en las ecuaciones de Hermia de bloqueo completo de poros y formación de torta y un modelo de resistencias en serie. Los resultados obtenidos durante la etapa de ensuciamiento demostraron que los modelos matemáticos utilizados son capaces de predecir con una elevada exactitud el descenso de la densidad de flujo de permeado con el tiempo, determinándose el valor de los parámetros característicos de dichos modelos y los mecanismos de ensuciamiento responsables principalmente de dicho descenso. En cuanto a los ensayos de limpieza de las membranas utilizadas, los resultados indicaron que tanto las disoluciones salinas como los campos eléctricos son técnicas efectivas para recuperar las propiedades permselectivas de las membranas, utilizando un intervalo de concentración de sal óptimo. / [CA] En la present Tesi Doctoral es va investigar l'aplicació de dues tècniques no convencionals (dissolucions salines i camps elèctrics) per a netejar membranes d'ultrafiltració que prèviament havien sigut embrutades amb dissolucions model de sèrum de llet. A més, es va estudiar l'embrutament de les membranes causat per les diferents dissolucions assajades, caracteritzant el mateix mitjançant l'ajust de distints models matemàtics semi-empírics als resultats experimentals de variació de la densitat de flux de permeat amb el temps. Els experiments es realitzaren a escala de laboratori amb quatre membranes d'ultrafiltració de diferent material (ceràmiques i orgàniques) i umbral de tall molecular (5, 15, 30 i 50 kDa) i amb tres dissolucions model de sèrum de llet consistents en dissolucions aquoses de seroalbúmina bovina (BSA), BSA amb CaCl2 i concentrat de proteïnes de sèrum de llet (WPC). Cada experiment fou dividit en quatre etapes: embrutament amb la dissolució model, primer aclarat, neteja i segon aclarat. Les condicions experimentals durant la primera etapa van ser les mateixes en tots els casos, per a poder evaluar la influència de les condicions experimentals durant l'etapa de neteja (classe de dissolució salina, concentració de sal, temperatura de la dissolució, velocitat tangencial i potencial de camp elèctric aplicat) en l'eficàcia del procés de neteja. Els models matemàtics utilitzats varen ser els models d'Hermia adaptats a flux tangencial, un model combinat basat en las equacions d'Hermia de bloqueig complet de porus i formació de torta i un model de resistències en serie. Els resultats obtinguts durant l'etapa d'embrutament demostraren que els models matemàtics utilitzats són capaços de predir amb una elevada exactitud el descens de densitat de flux de permeat amb el temps, determinant-se el valor dels paràmetres característics dels citats models i els mecanismes d'embrutament responsables principalment del citat descens. En quant als experiments de neteja de les membranes utilitzades, els resultats indicaren que tant les dissolucions salines com els camps elèctrics són tècniques efectives per a recuperar les propietats permselectives de les membranes, utilitzant un interval de concentració de sal òptim. / Corbatón Báguena, MJ. (2015). Limpieza de membranas de ultrafiltración aplicadas en la industria alimentaria por medio de técnicas no convencionales y caracterización del ensuciamiento de las membranas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54841 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

Tesis por compendio / [EN] The present study is part of the work carried out in the MEKINOX project (Mécanique Inoxydable - FUI n° 11) conducted by aeronautical industry with the main goal of developing new stainless steels for manufacturing high mechanical performance parts. Martensitic stainless steels are widely used in a great variety of industrial applications (i.e. valves, pumps, turbines, compressor components) where high mechanical properties as strength, wear resistance and fatigue behavior are needed. In many of those applications, such as bearings or gears, martensitic stainless steels may be subject to tribological conditions leading to wear. Furthermore, when a contact operates in a corrosive environment its deterioration can be significantly affected by the surface chemical phenomena, leading to a tribocorrosion degradation mechanism. Under this framework, the present Doctoral Thesis aims to evaluate the tribological, corrosion and tribocorrosion behavior of new martensitic stainless steels and their degradation mechanisms for aeronautical applications. For this, electrochemical, tribo-electrochemical and ex-situ surface analysis techniques were used. Wear damage was found to be critically affected by the hardness of the material and its hardening during sliding. Martensitic stainless steels showed higher scratch wear resistance but higher wear material loss when compared to the austenitic stainless steel. Corrosion resistance of martensitic stainless steels is driven by their passivity, whose kinetics can be described through a high field conduction model. Passive dissolution rate depends on the surface chemistry of the material, thus decreasing with the Cr content in the passive film. Degradation mechanisms involved in tribocorrosion of martensitic stainless steels included plastic deformation, shakedown and low-cycle fatigue. The consequences of those involved mechanisms depended on the prevailing electrochemical conditions. / [ES] El presente estudio es parte del trabajo realizado en el proyecto MEKINOX (Mécanique Inoxydable - FUI n° 11) llevado a cabo por la industria aeronáutica, con el objetivo principal de desarrollar nuevos aceros inoxidables para la fabricación de piezas con altas prestaciones mecánicas. Los aceros inoxidables martensíticos son ampliamente utilizados en una gran variedad de aplicaciones industriales (p.e. válvulas, bombas, turbinas, componentes de compresores...) donde altas propiedades mecánicas, como la resistencia al desgaste y a la fatiga son requeridos. En muchas de estas aplicaciones, tales como rodamientos o engranajes, los aceros inoxidables martensíticos pueden estar sujetos a condiciones tribológicas que conducen al desgaste. Además, cuando un contacto opera en un ambiente corrosivo su deterioro puede verse afectado de manera significativa por los fenómenos químicos de superficie, lo que conduce a un mecanismo de degradación de tribocorrosión. Bajo este contexto, la presente Tesis Doctoral tiene como objetivo evaluar el comportamiento tribológico, frente a la corrosión y a la tribocorrosión de nuevos aceros inoxidables martensíticos y sus mecanismos de degradación en aplicaciones aeronáuticas. Para ello, se han utilizado técnicas electroquímicas, tribo-electroquímicas y de análisis de superficie ex situ. El desgaste depende de la dureza del material y de su endurecimiento durante el deslizamiento. Los aceros inoxidables martensíticos tienen una mayor resistencia al rallado pero una mayor pérdida de material en el ensayo tribológico de desgaste si se compara con el acero inoxidable austenítico. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables martensíticos es promovida por su pasividad, cuya cinética puede ser descrita a través de un modelo tipo high field. La velocidad de disolución pasiva depende de la química de la superficie del material, disminuyendo por lo tanto con el contenido de Cr en la película pasiva. Los mecanismos de degradación de tribocorrosión de los aceros inoxidables martensíticos incluyen deformación plástica, shakedown y fatiga de bajo ciclo. Las consecuencias de esos mecanismos dependen de las condiciones electroquímicas del sistema. / [CA] El present estudi és part del treball realitzat al projecte MEKINOX (Mécanique Inoxydable - FUI n° 11) dut a terme per la indústria aeronàutica, amb l'objectiu principal de desenvolupar nous acers inoxidables per a la fabricació de peces amb altes prestacions mecàniques. Els acers inoxidables martensítics són utilitzats en una gran varietat d'aplicacions industrials (vàlvules, bombes, turbines, components de compressors...) on altes propietats mecàniques, com la resistència al desgast i a la fatiga són requerits. En moltes d'aquestes aplicacions, com rodaments o engranatges, els acers inoxidables martensítics poden estar subjectes a condicions tribològiques que condueixen al desgast. Ademés, quan un contacte opera dins un ambient corrosiu el seu deteriorament es pot veure afectat de manera significativa pels fenòmens químics de superfície, el que condueix a un mecanisme de degradació de tribocorrosió. Sota aquest context, la present Tesi Doctoral té com a objectiu evaluar el comportament tribològic, front a la corrosió i a la tribocorrosió de nous acers inoxidables martensítics i els seus mecanismes de degradació en aplicacions aeronàutiques. Per tot això, es van utilitzar tècniques electroquímiques, tribo-electroquímiques i d'anàlisi de superfície ex-situ. El desgast depen de la duresa del material i del seu enduriment durant el lliscament. Els acers inoxidables martensítics van mostrar una major resistència al ratllat però una major pèrdua de material en l'assaig tribològic de desgast si es compara amb l'acer inoxidable austenític. La resistència a la corrosió dels acers inoxidables martensítics és promoguda per la seva passivitat, i la seua la cinètica pot ser descrita a través d'un model de tipus high field. La velocitat de dissolució passiva depen de la química de la superfície del material, disminuint per tant amb el contingut de Cr a la pel.lícula passiva. Els mecanismes de degradació en tribocorrosió dels acers inoxidables martensítics inclouen deformació plàstica, shakedown i fatiga de baix cicle. Les conseqüències d'aquests mecanismes implicats depenen de les condicions electroquímiques del sistema. / Dalmau Borrás, A. (2015). Study of tribological, corrosion and tribocorrosion behavior of new martensitic stainless steels for aeronautical applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57188 / Compendio

La Tesis Doctoral "Estudio electroquímico y recuperación del estaño y del paladio mediante un reactor electroquímico de compartimentos separados" se centra en el estudio de la posibilidad de recuperación del estaño y del paladio procedentes de las disoluciones de activado de las industrias de metalizado de plásticos mediante la utilización de un reactor electroquímico de compartimentos separados mediante un diafragma cerámico. Con la recuperación de estos metales se pretende por una parte minimizar la contaminación producida en la etapa de activado, y por otra parte conseguir un ahorro de materias primas puesto que una vez recuperados los metales podrían ser utilizados de nuevo en el proceso de activado. Para que el proceso de activado se desarrolle de manera óptima debe de existir una relación determinada entre el Sn(II) y el Sn(IV), por tanto es necesario conocer en todo momento la concentración de ambas especies. Así en la primera parte de la Tesis se ha puesto a punto una nueva técnica polarográfica capaz de determinar el contenido en Sn(II) y en Sn(IV) del baño de activado con el objeto de evitar su degradación. El estudio electroquímico de los baños de activado ha permitido seleccionar las condiciones idóneas de trabajo, potencial de electrodo e intensidad de corriente, para recuperar ambos metales sobre la superficie del cátodo de manera conjunta o separada. Por otra parte, se ha realizado un estudio de diferentes separadores cerámicos situados entre los compartimentos del reactor electroquímico con el objetivo de seleccionar aquel cuya resistencia a la migración iónica sea la mínima pero que a la vez su resistencia a la convección y a la difusión de especies sea la máxima. Mediante el separador seleccionado se pretende evitar el paso del Sn(II) hacia el compartimiento anódico, donde se oxidaría a Sn(IV) produciendo un menor rendimiento del proceso. Por último, con los estudios previos se ha realizado la puesta a punto del reactor electroquímico donde se ha evaluado el efecto de la intensidad y el potencial de trabajo sobre los depósitos metálicos formados y sobre las principales "figuras de mérito" del reactor, como son la conversión de reactivo, la productividad específica, el rendimiento eléctrico del proceso y la energía específica consumida. / Al Ministerio de Ciencia y Tecnología por su ayuda a través del financiamiento del Proyecto PPQ2000-0689-C02-01 en el cual se enmarca mi Tesis Doctoral. Al Ministerio de Educación y Cultura por la concesión de una beca predoctoral de Formación de Profesorado Universitario para el desarrollo de la Tesis. / García Gabaldón, M. (2005). Estudio electroquímico y recuperación del estaño y del paladio mediante un reactor electroquímico de compartimentos separados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135281

[EN] Growing concerns about environment and human health have led to the development of cleaner industrial processes. In recent years, the replacement of cyanide by EDTA in the brass electroplating baths has been assessed. However, the treatment of the wastewater generated has not been studied yet. Traditionally, wastewaters from electroplating processes are treated by chemical precipitation, which requires the addition of chemicals and produces sludges that are disposed in hazardous waste landfills. Hence, other techniques must be investigated and electrodialysis is a promising alternative since it allows the recovery of metals and water. Although electrodialysis is generally operated at current densities lower than the limiting current density of the membrane system (underlimiting), researchers have verified that operations at current densities above the limiting one (overlimiting) improve the ions transfer. To ensure its feasibility, studies on transport properties of ionic species are crucial and, among the dynamic characterization methods, chronopotentiometry stands out, since the dynamic voltage response in time can be analyzed. Therefore, this thesis aims to propose an alternative to the treatment of a synthetic solution that simulates the major wastewater from the cyanide-free brass electroplating industry. Firstly, chronopotentiometric tests were performed to compare transport properties of Cu2+ ions, in acid medium, across two ion exchange membranes, the PC-SK and the HDX100. The use of HDX membrane in electrodialysis showed to be more appropriate, due to its lower tendency of fouling/scaling occurrence. Then, transport properties of copper and zinc complexes, present in the synthetic wastewater from the brass electroplating, across the anion exchange membrane HDX200 were assessed. The effects of the solution pH, Cu2+/Zn2+ proportion and EDTA concentration on the transport properties were studied. For the solution with Cu2+/Zn2+ proportion of 0.4, an insoluble species was formed. Therefore, the synthetic wastewater with this metals proportion was treated, by electrodialysis in underlimiting and overlimiting conditions, to assess the influence of the current regime and the presence of insoluble species on the extraction of ions. The overlimiting operation was more advantageous since water splitting and electroconvection accounted for the improvement of the extraction of ions. Besides, chronopotentiometric studies showed that fouling/scaling occurrence was reduced. Then, the used membranes were forwarded to a three stage cleaning procedure and the cleaning solution with 0.1 mol NaOH/L was the most appropriate. Lastly, ions from the concentrated solution obtained by electrodialysis were recovered into the electroplating bath. Cyclic voltammetric studies and electrodeposition tests were conducted at a rotating disk electrode. Uniform brass electrodeposits, with brightness and without cracks were obtained using the original electroplating bath and after the recovery of ions from electrodialysis, especially under agitation and at lower voltages than those already tested in literature. Thus, electrodialysis showed to be a feasible alternative for recovering water and inputs from the evaluated wastewater. / [ES] Las crecientes preocupaciones por el medio ambiente y la salud humana han llevado al desarrollo de nuevos procesos industriales. En los últimos años, se ha evaluado la sustitución del cianuro por EDTA en los baños de electrodeposición de latón. Sin embargo, el tratamiento de las aguas residuales generadas no se ha estudiado aún. Tradicionalmente, los efluentes de los procesos de electrodeposición se tratan por precipitación química, que requiere la adición de reactivos y produce lodos que se almacenan en los vertederos de residuos peligrosos. Por lo tanto, es necesario investigar otras técnicas y la electrodiálisis es una alternativa prometedora, ya que permite la recuperación de metales y del agua. Aunque la electrodiálisis generalmente se opera a corrientes inferiores a la corriente límite del sistema de membrana (underlimiting), algunos investigadores han verificado que las operaciones a corrientes superiores a la límite (overlimiting) intensifican la transferencia de iones. Para garantizar su viabilidad, los estudios sobre las propiedades de transporte de los iones son cruciales y, entre los métodos de caracterización, la cronopotenciometría destaca por permitir el análisis del voltaje en función del tiempo. Por lo tanto, esta tesis tiene por objetivo proponer una alternativa al tratamiento de una disolución sintética que simula las aguas residuales de la industria de electrodeposición de latón libre de cianuro. Primero, se realizaron pruebas cronopotenciométricas para comparar las propiedades de transporte de iones Cu2+, en medio ácido, a través de dos membranas de intercambio iónico, la PC-SK y la HDX100. El uso de la HDX en electrodiálisis demostró ser más apropiado debido a su menor tendencia a formar incrustaciones. Luego, se evaluaron las propiedades de transporte de los complejos de cobre y zinc, presentes en las aguas residuales de la electrodeposición de latón, a través de la membrana de intercambio aniónico HDX200. Se estudiaron los efectos del pH, la proporción Cu2+/Zn2+ y la concentración de EDTA sobre las propiedades de transporte. Para la disolución con una proporción Cu2+/Zn2+ de 0.4, se formó una especie insoluble. Por lo tanto, se trataron las aguas residuales con esta proporción de metales, por electrodiálisis en condiciones underlimiting y overlimiting, para evaluar la influencia de la corriente eléctrica y la presencia de especies insolubles en la extracción de los iones. La operación overlimiting se mostró más ventajosa, ya que la hidrólisis del agua y la electroconvección mejoraran la extracción de los iones. Además, los estudios cronopotenciométricos mostraron que se reducen las incrustaciones. Luego, las membranas se sometieron a un procedimiento de limpieza de tres etapas y la disolución de limpieza con 0.1 mol de NaOH/L se mostró más apropiada. Finalmente, los iones de la disolución concentrada obtenida por electrodiálisis se recuperaron en el baño de electrodeposición. Se realizaron estudios de voltametría cíclica y pruebas de electrodeposición en un electrodo de disco rotatorio. Se obtuvieron depósitos de latón uniformes y con brillo, utilizando el baño original y después de la recuperación de iones, especialmente con agitación y a voltajes más bajos que los ya probados en la literatura. Por lo tanto, la electrodiálisis demostró ser una alternativa factible para recuperar agua y materias primas de las aguas residuales evaluadas. / [CA] Les creixents preocupacions pel medi ambient i la salut humana han conduït al desenvolupament de nous processos industrials. En els últims anys, s'ha avaluat la substitució del cianur per EDTA als banys d'electrodeposició de llautó. No obstant això, el tractament de les aigües residuals generades no s'ha estudiat encara. Tradicionalment, els efluents dels processos d'electrodeposició es tracten per precipitació química, que requereix l'addició de reactius i produeix fangs que s'emmagatzemen en els abocadors de residus perillosos. Per tant, és necessari investigar altres tècniques i l'electrodiàlisi és una alternativa prometedora, ja que permet la recuperació de metalls i de l'aigua. Tot i que l'electrodiàlisi generalment s'opera a corrents inferiors al corrent límit del sistema de membrana (underlimiting), alguns investigadors han verificat que les operacions a corrents superiors al límit (overlimiting) intensifiquen la transferència de ions. Per garantir la seua viabilitat, els estudis sobre les propietats de transport dels ions són crucials i, entre els mètodes de caracterització, la cronopotenciometria destaca per permetre l'anàlisi del voltatge en funció del temps. Per tant, aquesta tesi té per objectiu proposar una alternativa al tractament d'una dissolució sintètica que simula les aigües residuals de la indústria d'electrodeposició de llautó lliure de cianur. Primer, es van realitzar proves cronopotenciomètriques per comparar les propietats de transport de ions Cu2+, en medi àcid, a través de dues membranes d'intercanvi iònic, la PC-SK i l`HDX100. L'ús de l'HDX en electrodiàlisi va demostrar ser més apropiat a causa de la seua menor tendència a formar incrustacions. Després, es van avaluar les propietats de transport dels complexos de coure i zinc, presents a les aigües residuals de l'electrodeposició de llautó, a través de la membrana d'intercanvi aniònic HDX200. Es van estudiar els efectes del pH, la relació molar Cu2+/Zn2+ i la concentració d'EDTA sobre les propietats de transport. Per a la dissolució amb una proporció Cu2+/Zn2+ de 0,4, es va formar una espècie insoluble. Per tant, es van tractar les aigües residuals amb aquesta proporció de metalls per electrodiàlisi en condicions underlimiting i overlimiting, per avaluar la influència del corrent elèctric i la presència d'espècies insolubles en l'extracció dels ions. L'operació overlimiting es va mostrar més avantatjosa, ja que la hidròlisi de l'aigua i l'electroconvecció milloren l'extracció dels ions. A més, els estudis cronopotenciomètrics van mostrar que es redueixen les incrustacions. Després, les membranes es van sotmetre a un procediment de neteja de tres etapes i la dissolució de neteja amb 0,1 mol d'NaOH/L es va mostrar més apropiada. Finalment, els ions de la dissolució concentrada obtinguda per electrodiàlisi es van recuperar al bany d'electrodeposició. Es van realitzar estudis de voltametria cíclica i proves d'electrodeposició en un elèctrode de disc rotatori. Es van obtenir dipòsits de llautó uniformes i brillants, en utilitzar el bany original i després de la recuperació de ions, especialment amb agitació i a voltatges més baixos que els ja provats en la literatura. Per tant, l'electrodiàlisi va demostrar ser una alternativa factible per recuperar aigua i matèries primeres de les aigües residuals avaluades. / [PT] Preocupações crescentes com o meio ambiente e com a saúde humana têm levado ao desenvolvimento de novos processos industriais. Nos últimos anos, a substituição do cianeto pelo EDTA nos banhos de eletrodeposição de latão tem sido avaliada. No entanto, o tratamento dos resíduos líquidos gerados ainda não foi estudado. Tradicionalmente, resíduos líquidos provenientes de indústrias galvânicas são tratados por precipitação química, que requer a adição de reagentes e produz lamas que são descartadas em aterros de resíduos perigosos. Portanto, outras técnicas devem ser investigadas e a eletrodiálise é uma alternativa promissora, pois permite recuperar os metais e a água. Embora a eletrodiálise seja geralmente operada sob densidades de corrente inferiores à densidade de corrente limite do sistema da membrana (underlimiting), alguns pesquisadores têm verificado que operações sob densidades de corrente superiores à limite (overlimiting) intensificam a transferência dos íons. Para garantir sua viabilidade, estudos sobre propriedades de transporte das espécies iônicas são cruciais, e dentre os métodos de caracterização dinâmica, a cronopotenciometria se destaca por permitir a análise da diferença de potencial entre as membranas em função do tempo. Portanto, esta tese tem como objetivo propor uma alternativa ao tratamento de uma solução sintética que simula o principal resíduo líquido proveniente da indústria de eletrodeposição de latão, isenta de cianeto, com EDTA. Primeiramente, testes cronopotenciométricos foram realizados a fim de comparar as propriedades de transporte dos íons Cu2+ , em meio ácido, através de duas membranas trocadoras de cátions, a PC-SK e a HDX100. O uso da HDX mostrou-se mais adequado, devido à menor tendência de ocorrência de incrustações na sua superfície. Em seguida, foram avaliadas as propriedades de transporte dos complexos de cobre e zinco, presentes no resíduo líquido da eletrodeposição de latão, através da membrana trocadora de ânions HDX200. Os efeitos do pH, proporção de Cu2+/Zn2+ e concentração de EDTA foram investigados. Com a solução de proporção Cu2+/Zn2+ de 0,4; uma espécie insolúvel foi formada. Portanto, o resíduo líquido com essa proporção de metais foi tratado, por eletrodiálise, em condições underlimiting e overlimiting, para avaliar o efeito da intensidade de corrente e a presença de espécies insolúveis na extração dos íons. A operação overlimiting foi mais vantajosa, já que a quebra das moléculas de água e eletroconvecção favoreceram a extração dos íons. Além disso, estudos cronopotenciométricos mostraram que as incrustações nas membranas foram reduzidas. Em seguida, as membranas foram submetidas a um procedimento de limpeza em três etapas e a solução de NaOH em 0,1 mol/L foi a mais adequada. Por fim, os íons da solução concentrada obtida por eletrodiálise foram recuperados no banho. Estudos de voltametrias cíclicas e eletrodeposições foram realizados em um eletrodo de disco rotativo. Depósitos uniformes de latão e com brilho foram obtidos utilizando o banho original e após a recuperação dos íons, principalmente sob agitação e em potenciais inferiores aos que já foram testados na literatura. Portanto, a eletrodiálise se mostrou uma alternativa viável para recuperar água e insumos do resíduo líquido avaliado. / Santana Barros, K. (2020). Treatment, by electrodialysis, of a synthetic wastewater from the cyanide-free brass electroplating and study on ion transport: recovery of water and chemicals [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147357