This study examined source rock geochemistry of the southern Tyee Basin. Total organic carbon, rock-eval pyrolysis, vitrinite reflectance, thermal alteration index and visual assessments were performed on splits from cutting samples from five wells and on outcrop samples from four measured sections. Organic matter was found to be dispersed, averaging about 0.5 weight percent. The organic matter is primarily terrestrial in origin, or type I l l , with low potential for gas production and no oil potential. Three coal samples are clearly the richest sources of organic matter examined in this study.

Following stringent mandates from environmental regulatory authorities worldwide, various steps are being implemented to ensure clean combustion with minimum emissions, including fuel dilution, mild combustion and additives. Due to the need to understand combustion characteristics in primary applications (engines and turbines) with minimum emissions, the laminar burning velocity of natural gas has been measured with CO2 dilution and a wide range of blends with higher hydrocarbons. And because it has improved anti-knock quality to reduce greenhouse gas emissions (GHGE), the demand for oxygenated gasoline is now worldwide, making a compelling case for determining combustion behavior of oxygenated gasoline doped with hydrogen, ozone and carbon monoxide. The first section of this dissertation discusses dilution of methane with CO2 at elevated pressures, providing insight into comparative laminar burning characteristics in a wide range of equivalence ratios, particularly significant at elevated initial pressure. Utilizing CHEMKIN, a detailed kinetic study has been performed that explains the varying dependence on dilution ratio controlled by initial pressure. The second phase of this work reports the laminar burning velocity measurement of commercial gasoline. A TPRFE surrogate was used here to investigate burning characteristics and to provide detailed kinetic analysis of gasoline doped with additives (hydrogen, carbon monoxide and ozone). A study was also made of the behavior of gasoline with these additives in practical applications like engine and turbines. For this purpose, laminar burning velocity was measured at elevated pressures and temperatures, by varying the concentrations of synthetic EGR, and followed by measuring turbulent burning velocity at two turbulent intensities.

[ES] En esta tesis se han estudiado las propiedades de diferentes adsorbentes zeolíticos y su uso en separaciones de mezclas fluidas de interés industrial. La selección de los materiales se ha realizado poniendo especial énfasis en los adsorbentes zeolíticos de poro pequeño de baja polaridad, más concretamente, zeolitas pura sílice, aluminofosfatos y silicoaluminofosfatos. Las separaciones que se han considerado están relacionadas principalmente con la producción de energía, procesado del gas natural y del biogás, purificación de hidrógeno, mejora del índice de octano de la gasolina y purificación de biobutanol. Las propiedades de adsorción se han estudiado mediante medidas de isotermas de adsorción de un solo componente, medidas de cinéticas de adsorción de un solo componente y experimentos de adsorción dinámica multicomponente, es decir, experimentos de curvas de ruptura. Las isotermas de adsorción se analizaron en cuanto a forma y capacidad máxima de adsorción y se utilizaron para calcular los calores isostéricos de adsorción, las selectividades termodinámicas y las capacidades de trabajo ideales en procesos hipotéticos de adsorción por oscilación. Las medidas de cinéticas de adsorción han permitido comparar el comportamiento difusional de diferentes adsorbatos en diferentes materiales y calcular las constantes de difusión temporales, que a su vez fueron utilizadas para calcular selectividades cinéticas ideales / factores de separación. Los experimentos de curvas de ruptura se utilizaron para ver cómo se comportan los materiales en condiciones cercanas al caso industrial, para calcular las selectividades reales de mezcla y los parámetros de operación relevantes de procesos de adsorción, es decir, productividad, recuperación y pureza. Las propiedades físicas de los materiales estudiados, como la estructura, el orden cristalino, la conectividad atómica, el tamaño y la forma de las partículas y las propiedades texturales, han sido evaluadas y empleadas para explicar los resultados obtenidos en los experimentos de adsorción. En el capítulo 1, se presenta una introducción general sobre las zeolitas, su síntesis, propiedades y aplicaciones, junto con una introducción acerca de los fenómenos de adsorción y las separaciones industriales de interés para esta tesis. En el capítulo 2 se presentan los objetivos de este trabajo de tesis. En el capítulo 3 se presenta la síntesis de los adsorbentes utilizados, junto con los equipos de caracterización y adsorción y los procedimientos de análisis de datos de adsorción. En el capítulo 4, se estudia la adsorción de gases ligeros en Si-RWR con especial énfasis en la separación de isótopos de hidrógeno y la purificación del hidrógeno presente en la corriente de salida de un proceso de reformado de metano con vapor. En el capítulo 5 estudio las propiedades de adsorción de \ce{CO2} en aluminofosfatos, silicoaluminofosfatos y zeolitas de estructuras LTA, CHA y AFI, y más específicamente los calores isostéricos de adsorción. En el capítulo 6, estudio el efecto del tamaño de poro y la topología de poro en la separación de \ce{CO2} de \ce{CH4} mediante isotermas de compuestos puros y experimentos de ruptura de la mezcla. En el capítulo 7, se estudian las propiedades de adsorción de hidrocarburos de las fracciones C5-C7 en Si-STW con la atención puesta en la separación de hidrocarburos dirramificados de monorramificados y lineales. Se establece una comparación con Si-MFI. En el capítulo 8 se estudia una serie de zeolitas puramente silíceas para la separación de una mezcla de vapores de 1-butanol, acetona, etanol y agua proveniente de un proceso de fermentación. Se han realizado experimentos de adsorción de los compuestos puros, así como de mezclas de ellos mediante curvas de ruptura. Se presta atención a la recuperación de 1-butanol durante el proceso de adsorción, estudiá / [CA] En aquesta tesi, s'han estudiat les propietats de diferents adsorbents zeolítics i el seu ús en separacions de mescles de fluids d'interès industrial. La selecció dels materials s'ha dut a terme posant un èmfasi especial en els adsorbents zeolítics de porus petit de baixa polaritat, més concretament, les zeolites pura sílice, aluminofosfats i silicoaluminofosfats. Les separacions que s'han considerat estan relacionades principalment amb la producció d'energia, el processament de gas natural i de biogàs, la purificació d'hidrogen, la millora del nombre d'octans de la gasolina i la purificació de biobutanol. Les propietats d'adsorció s'han estudiat mitjançant isotermes d'adsorció d'un component, cinètiques d'adsorció d'un component i experiments d'adsorció dinàmica multicomponent, és a dir, experiments de corbes de ruptura. Les isotermes d'adsorció es van analitzar en funció de la seva forma i capacitat màxima d'adsorció i es van utilitzar per calcular les calors isostèriques d'adsorció, les selectivitats termodinàmiques i les capacitats de treball ideals en els hipotètics processos d'adsorció per oscil·lació . Les mesures de cinètiques d'adsorció han permès comparar el comportament difusional de diferents adsorbats en diferents materials i calcular constants temporals de difusió, que, al seu torn, s'han utilitzat per al càlcul de selectivitats cinètiques ideals/factors de separació. Els experiments de corbes de ruptura es van utilitzar per, veure com funcionen els materials en condicions properes al cas industrial i per calcular per a cada mescla les selectivitats i els paràmetres d'operació rellevants per a processos d'adsorció, és a dir, la productivitat, la recuperació i la puresa. Les propietats físiques dels materials estudiats, com ara l'estructura, l'ordre cristal·lí, la connectivitat dels àtoms, la mida i la forma de les partícules i les propietats texturals s'han avaluat i s'han utilitzat per explicar els resultats obtinguts en els experiments d'adsorció. En el capítol 1, es proporciona una introducció general sobre les zeolites, la seva síntesi, propietats i aplicacions, juntament amb una introducció referent a fenòmens d'adsorció i separacions industrials d'interès en aquesta tesi. En el capítol 2 es presenten els objectius d'aquest treball de tesi. En el capítol 3 es presenta la síntesi dels adsorbents utilitzats, juntament amb els equips de caracterització i adsorció i els procediments d'anàlisi de dades d'adsorció. En el capítol 4, s'estudia l'adsorció de gasos lleugers a Si-RWR amb especial atenció a la separació d'isòtops d'hidrogen i la purificació de l'hidrogen present en el corrent de sortida d'un procés de reformat de metà amb vapor. En el capítol 5 estudio les propietats d'adsorció de \ce{CO2} en aluminofosfats, silicoaluminofosfats i zeolites d'estructures LTA, CHA i AFI i, més concretament, les seus calors d'adsorció isostèriques. En el capítol 6, estudio l'efecte de la mida i la topologia de porus sobre la separació de \ce{CO2} de \ce{CH4} mitjançant isotermes de components purs i experiments de ruptura de la mescla. En el capítol 7, s'estudien les propietats d'adsorció d'hidrocarburs de les fraccions C5-C7 en Si-STW amb especial atenció a la separació d'hidrocarburs lineals i monorramificats de dirramificats. S'estableix una comparació amb Si-MFI. En el capítol 8 s'estudia una sèrie de zeolites purament silícies per a la separació d'una mescla de vapors de 1-butanol, acetona, etanol i aigua provinent d'un procés de fermentació. S'han realitzat experiments d'adsorció dels compostos purs, així com de mescles d'ells mitjançant corbes de ruptura. Es para atenció a la recuperació de 1-butanol durant el procés d'adsorció, estudiant-se la recuperació del producte desitjat enfront de la puresa d'aquest. / [EN] In this thesis, the properties of different zeolitic adsorbents and their use in separations of fluid mixtures of industrial interest have been studied. The selection of the materials has been carried out putting a special emphasis on low polarity small pore zeolitic adsorbents, more specifically, pure silica zeolites, aluminophosphates and silicoaluminophosphates. The separations that have been considered are related mostly to energy production, natural and biogas upgrading, purification of hydrogen, gasoline octane number improvement and purification of biobutanol. The adsorption properties of the zeolitic materials have been studied by single component adsorption isotherm measurements, single component adsorption kinetics measurements and multicomponent dynamic adsorption experiments, i.e. breakthrough experiments. The adsorption isotherms were analysed in terms of their shape, the maximum adsorption capacity and used to calculate isosteric heats of adsorption, ideal thermodynamic selectivities and ideal working capacities in hypothetical swing adsorption processes. The adsorption kinetics measurements have allowed to compare the diffusional behavior of different adsorbates in different materials and to calculate diffusional time constants, which were, in turn, used for calculating ideal kinetic selectivities/separation factors. The breakthrough experiments were used to ultimately see how materials perform at conditions close to the industrial case and to calculate for each material mixture selectivities and relevant swing adsorption process operation parameters, i.e. productivity, recovery and purity. The physical properties of the studied materials, such as structure, crystalline order, atom connectivity, particle size and shape and textural properties have been critically evaluated and used to explain the results obtained in the adsorption studies. In chapter 1, a general introduction on zeolites, their synthesis, properties and applications is provided, together with an introduction on adsorption phenomena and on the industrial separations of interest to this thesis. In chapter 2 the objectives of this thesis work are presented. In chapter 3 the synthesis of the adsorbents used is presented, together with the characterization and adsorption equipment and the adsorption data analysis procedures. In chapter 4, the adsorption of light gases on pure silica RWR zeolite is studied with special focus on the separation of hydrogen isotopes and the purification of hydrogen from steam methane reformery off-gas. In chapter 5 I study the adsorption properties of CO2 on aluminophosphates, silicoaluminophosphates and zeolites of LTA, CHA and AFI structures, and more specifically their isosteric heats of adsorption. In chapter 6, I study the effect of pore size and pore topology on the separation of CO2 from CH4 by means of pure component isotherms and breakthrough experiments of the mixture. In chapter 7, the adsorption properties of C5-C7 hydrocarbons on pure silica STW zeolite are studied with special focus on the separation of dibranched from monobranched and linear hydrocarbons. A comparison with pure silica MFI zeolite (silicalite-1) is established. In chapter 8 a set of pure silica zeolites is studied as adsorbents for the vapor phase separation of 1-butanol from acetone, ethanol and water, typical components of the ABE fermentation broth. Pure component isotherms were measured and breakthrough experiments were carried out using multicomponent mixtures. Special focus is put on the recovery of 1-butanol from the desorption curve, and the dependence of purity with recovery is studied. / I would like to thank the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (MCIU) for my grant FPU15/01602, which has allowed me to carry out this thesis. I thank again the MCIU for paying my short stay in Brussels and for the funding provided through many different projects (RTI2018-101784-B-I00, Program Severo Ochoa SEV-2016-0683; and previous ones), which covered the costs of my research activities and allowed for my assistance to numerous international conferences which completed my training as a scientist. I thank the Instituto de Tecnología Química, the Universitat Politècnica de València (UPV) and the Consejo Superior de Investigaciones Científicas for providing the infrastructure needed for carrying out successful research. / Pérez Botella, E. (2021). Porous Solids for Adsorption and Separation of Gas and Vapor Mixtures [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/178978 / TESIS

No description available.

No description available.

Diesel-ignited gasoline and diesel-ignited methane dual fuel combustion experiments were performed in a single-cylinder research engine (SCRE), outfitted with a common-rail diesel injection system and a stand-alone engine controller. Gasoline was injected in the intake port using a portuel injector, whereas methane was fumigated into the intake manifold. The engine was operated at a constant speed of 1500 rev/min, a constant load of 5.2 bar IMEP, and a constant gasoline/methane energy substitution of 80%. Parameters such as diesel injection timing (SOI), diesel injection pressure, and boost pressure were varied to quantify their impact on engine performance and engineout ISNOx, ISHC, ISCO, and smoke emissions. The change in combustion process from heterogeneous combustion to HCCI like combustion was also observed.

Diesel-ignited methane dual fuel combustion experiments were performed in a single cylinder research engine (SCRE). Methane was fumigated into the intake manifold and injection of diesel was used to initiate combustion. The engine was operated at a constant speed of 1500 rev/min, and diesel rail pressure was maintained at 500 bar. Diesel injection timing (SOI) was varied to quantify its impact on engine performance and engine-out ISNOx, ISHC, ISCO, and smoke emissions. The SOI sweeps were performed at different net indicated mean effective pressures (IMEPs) of 4.1, 6.5, 9.5, and 12.1 bar. Intake manifold pressure was maintained at 1.5 bar for the 4.1 and 6.5 bar IMEP SOI sweeps and 1.8 bar for the 9.5 and 12.1 bar IMEP SOI sweeps. Advancing SOI to 310º and earlier resulted in reduced ISNOx. However, high methane percent energy substitution (PES) resulted in high ISHC emissions especially at low IMEP.

The ongoing energy and environmental crises have pushed the transportation sector, a major greenhouse gas emitter, to seek sustainable fuel and technology alternatives. Natural gas and bio-methane are potential alternatives with numerous advantages over conventional fuels. Adsorbed natural gas (ANG) technology uses porous adsorbent material to store methane efficiently at lower pressures. An issue limiting this technology is the lack of compact tanks with efficient adsorbent packing that increase storage capacity. This study addresses the need for more compact ANG tanks by creating novel binder-less monolithic activated carbon monolith adsorbents with targeted porosity. A template is produced using 3D printing and a commercially available phenolic resin as a filling material. Upon thermal treatment, the 3D-printed template combusts with molecular oxygen in its structure, and the resin is transformed into activated carbon by pyrolysis. Longer activation times led to higher BET surface areas. However, after activation periods beyond 15 minutes, the surface area increase is obtained at the expense of a higher burn-off, which affects the material density. Adsorption of 0.04g/g of methane was measured at 30 bar and 298 K on the activated carbon monolith with the highest BET surface area (516 m2/g). Results in the same conditions on a super high surface area Maxsorb activated carbon were 0.13g/g. Although the methane capacity obtained is lower than in a commercial sample, it was demonstrated that producing an activated carbon monolith with tailored porosity is possible. New techniques for activation should be studied to enhance their gravimetric capacity to make ANG competitive.

The increasing global population has placed significant pressure on meeting food demands, leading to the widespread use of fertilizers to enhance crop yields. Urea, being the most used fertilizer globally, has contributed to improved agricultural productivity. However, conventional urea production technologies heavily rely on fossil fuels, resulting in substantial greenhouse gas emissions and contributing to climate change.  As the demand for urea fertilizer is projected to rise in the future, there is a growing societal concern for environmental sustainability. Consequently, alternative technologies are being developed to produce urea with claims of reduced environmental impacts compared to conventional production technologies.  The objective of this master's thesis was to identify available production technologies for the materials involved in urea production, analyse different technological pathways and compare their environmental impacts and cost implications. The analysis considered several scenarios involving variations in the sources of electricity, methane gas and water used during the production process.  The analysis focused on Global Warming Potential (GWP), Primary Energy use (PE) and associated costs. The environmental analysis was conducted through a cradle-to-gate perspective based on a life-cycle impact assessment (LCIA). The cost analysis was based on a material flow cost accounting (MFCA).  The results for the green, hybrid and progressive technological pathways were benchmarked against the traditional pathway for urea production. The findings indicate that all these alternative pathways can reduce the GWP or PE values, which could be linked to the utilization of electricity sources with low GWP, such European and Swedish electricity mix, and the generation of by-products in the pathways However, within the context of the research assumptions, it was not possible to achieve a simultaneous reduction that included cost reductions alongside GWP and PE.  The study highlights the challenges of outperforming the efficiency levels of traditional technologies with other technological alternatives. Furthermore, it emphasizes the importance of carefully considering the integrations of the technologies and better utilization of residues and by-products exploring an integration of systems under an industrial symbiosis approach.  Finally, it is important to consider the trade-offs between environmental performance and cost when defining technological pathways for urea production.

[EN] Several major problems have to be solved before Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) can operate continuously using hydrocarbon fuels such as natural gas. The risk of low catalytic behavior for fuel reforming, the carbon formation/deposition on the anode material at high operating temperatures and the presence of impurities in the fuel (in particular sulfides) can dramatically reduce the performance and durability of the cells. Taking all this into account, new anode materials with adequate (electro)catalytic properties are required. Recently, manganite compounds with Ruddlesden-Popper (RP) structure have been studied as potential new anode materials in INTERFASE group at Universidad Industrial de Santander (UIS). Their electrochemical performance have been described in previous works with promising results, but a fundamental knowledge was missing concerning the catalytic properties of such materials and the way to improve them by the addition of nickel metallic particles on the electrode surface. The current Ph.D. thesis was focused on the synthesis, characterization and catalytic study for steam reforming in SOFC anode conditions (low steam content) of a new RP manganite (La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ), which, in reducing atmosphere at high operating temperatures promotes via an exsolution mechanism the formation of two phases, i.e. an RP manganite of composition LaSrMnO4±δ decorated with metallic active Ni nanoparticles embedded in the surface; such strategy can be viewed as an original way to improve the (electro)catalytic properties of the anode materials and then a promising option for future SOFC systems operating with Colombian natural gas. The first chapter deals with the synthesis and characterization of the RP n= 2 phase La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ using the Pechini method. In agreement with SOFC operating temperature, Ni exsolution has been studied in diluted H2 at different temperatures (750, 800 and 850 °C) and reduction times. Ni nanoparticles decorating an RP n= 1 manganite is confirmed by XRD, TEM-EDS analysis and the size of the metallic particles on the oxide surface, below 100 nm, is characterized as a function of the exsolution conditions. The second chapter presents the catalytic behavior for the methane steam reforming reaction of the exsolved material applying the Gradual Internal Reforming concept adapted to SOFC operation (i.e. low water content, steam to carbon ratio equal to 0.15) at different reaction temperatures (750, 800 and 850 °C). The catalytic properties of Ni impregnated samples using a similar (La,Sr)2MnO4±δ ceramic support are also presented for comparison. The exsolved material exhibits better performance than the impregnated manganite for the reaction, especially at 850 °C, with higher conversion, conversion rate, and H2 production rate. Concerning the steam reforming of light alkane gas mixtures (CH4-C2H6, and CH4-C3H8), the behavior is affected due to the competition between the molecules and low available metallic active sites, but without affecting the H2 production. In addition, at long reaction times, the activity over the exsolved material is stable even with 100 h of reaction, without formation of carbonaceous species on the Ni particles, as confirmed by TEM and TGA/MS analysis. In the third and last chapter, the possible coke formation and sulfide poisoning are presented. Despite the high and stable catalytic behavior for methane steam reforming reaction with considerable carbon formation resistance, the exsolved material exhibits a high level of sensitivity to H2S poisoning, similar to the case of state-of-the-art Ni/YSZ anodic cermet and or Ni impregnated catalyst, with a drop of the activity to almost zero. Nevertheless, the exceptional overall results obtained for the exsolution-based material are promising for a possible use as SOFC anode operating with sulfur-free Colombian natural gas. / [ES] Muchos son los problemas que deben resolverse antes de que las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC por sus siglas en inglés) puedan operar continuamente usando combustibles hidrocarbonados como por ejemplo el gas natural. El riesgo de una baja actividad catalítica para el reformado del combustible, la formación y depósito en el material de ánodo a elevadas temperaturas de operación y la presencia de impurezas en el combustible empleado (en particular de sulfuros) pueden reducir dramáticamente el desempeño y la durabilidad de las celdas. Teniendo todo esto en cuenta, nuevos materiales de ánodo con adecuadas propiedades (electro)catalíticas son necesarios. Recientemente, en el grupo INTERFASE de la Universidad Industrial de Santander (UIS), compuestos de tipo manganita con estructura Ruddlesden-Popper (RP) han sido estudiados como potenciales materiales de ánodo. Su desempeño electrocatalítico ha sido descrito en trabajos previos con promisorios resultados, pero el conocimiento fundamental sobre las propiedades catalíticas de dichos materiales y la forma de mejorarlos mediante la adición de partículas metálicas de níquel en la superficie del electrodo aún faltaba. La presente tesis doctoral se enfocó en la síntesis, caracterización y estudio catalítico en el reformado con vapor en condiciones de ánodo de celdas SOFC (bajo contenido de vapor) de una nueva manganita de tipo RP (La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ), la cual, en atmósfera reductora y a elevadas temperaturas de operación, promueven a través del mecanismo de exsolución la formación de dos fases: una manganita tipo RP de composición LaSrMnO4±δ decorada con nanopartículas metálicas y activas de Ni incrustadas en la superficie; dicha estrategia puede ser vista como una manera muy original de mejorar las propiedades (electro)catalíticas de los materiales de ánodo y por lo tanto ser consideradas como una opción prometedora para sistemas SOFC operados con gas natural colombiano. El primer capítulo trata sobre la síntesis de la fase RP n= 2 La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ usando el método de Pechini y su caracterización. De acuerdo con la temperatura de operación de las celdas SOFC, la exsolución del Ni en atmósfera de H2 diluido a diferentes temperaturas (750, 800 y 850 °C) y tiempos de reducción fue estudiada. Las nanopartículas de Ni decorando la manganita de estructura RP n= 1 es confirmada a través de análisis de DRX, MET-EDS y el tamaño de las partículas metálicas en la superficie del óxido, inferiores a 100 nm, es caracterizado en función de las condiciones de exsolución. El segundo capítulo presenta el comportamiento catalítico del material exsuelto en la reacción de reformado de metano aplicando el concepto de reformado interno gradual (GIR por sus siglas en inglés) adaptado a celdas SOFC (en otras palabras, bajo contenido de agua, relación vapor carbono igual a 0.15) a diferentes temperaturas de reacción (750, 800 y 850 °C). Las propiedades catalíticas de las muestras impregnadas con Ni utilizando como soporte un material cerámico similar (La,Sr)2MnO4±δ, son también presentados como comparación. El material exsuelto exhibe un mejor desempeño catalítico en la reacción de reformado que la manganita impregnada, especialmente a 850 °C, mostrando una más alta conversión, velocidad de conversión y de producción de H2. Con respecto al reformado de la mezcla de alcanos ligeros (CH4 -C2H6, y CH4 -C3H8), el comportamiento catalítico es afectado debido a la competición entre moléculas y la baja disponibilidad de sitios activos metálicos, sin afectar la producción de H2. Adicionalmente, a tiempos de reacción prolongados, la actividad en el material exsuelto es estable incluso con 100 h de reacción, sin formación de especies carbonáceas sobre las partículas de Ni como lo confirman las imágenes MET y el ATG/MS. En el tercer y último capítulo, la posible formación y depósito de carbón y el envenenamiento con sulfuros son presentados. Sin embargo, a pesar de la elevada y estable actividad catalítica en la reacción de reformado de metano con vapor con una considerable resistencia a la formación de carbón, el material exsuelto tiene un alto nivel de sensibilidad al envenenamiento con H2S, similar al Ni/YSZ (material de referencia de la literatura) o al material impregnado con Ni, con una disminución de la actividad catalítica a prácticamente cero No obstante, el excepcional resultado global obtenido en el material exsuelto es prometedor para un posible uso como material de ánodo en sistemas SOFC alimentados con gas natural colombiano libre de H2S. / [CA] Molts són els problemes que han de ser resolts abans que les cel·les de combustible d'òxid sòlid (SOFC per les seues sigles en anglès) puguen operar contínuament usant combustibles hidrocarbonats com per exemple el gas natural. El risc d'una baixa activitat catalítica per al reformat del combustible, la formació i depòsit en el material d'ànode a elevades temperatures d'operació i la presència d'impureses en el combustible emprat (en particular de sulfurs) poden reduir dramàticament l'acompliment i la durabilitat de les cel·les. Tenint tot això en compte, nous materials d'ànode amb propietats (electro)catalítiques adequades són necessaris. Recentment, en el grup d'investigació INTERFASE de la Universitat Industrial de Santander (UIS), compostos de tipus manganita amb estructura Ruddlesden-Popper (RP) han sigut estudiats com a potencials materials anòdics. El seu acompliment electroquímiques ha sigut tractades en treballs previs amb resultats promissoris, però el coneixement fonamental sobre les característiques catalítiques d'aquests materials i la manera de millorar-los mitjançant l'addició de partícules metàl·liques de níquel en la superfície de l'elèctrode encara faltava. La present tesi de doctorat es va enfocar en la síntesi, caracterització i estudi d'activitat catalítica en el reformat amb vapor en condicions d'ànode de cel·les SOFC (sota contingut de vapor) d'una nova manganita de d'estructura RP (La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ), la qual, en atmosfera reductora i a elevades temperatures d'operació, promouen, a través del mecanisme de exsolució; la formació de dues fases: una manganita de composició LaSrMnO4±δ decorada amb nanopartícules metàl·liques i actives de Ni incrustades en la superfície; aquesta estratègia pot ser vista com una manera molt original de millorar les propietats (electro)catalítiques dels materials d'ànode i per tant, ser considerades com una prometedora opció per a futurs usos en sistemes SOFC alimentats amb gas natural colombià. El primer capítol tracta sobre la síntesi de la fase RP n= 2 La1.5Sr1.5Mn1.5Ni0.5O7±δ usant el mètode de Pechini i la seua caracterització. D'acord amb la temperatura d'operació de les cel·les SOFC, la exsolució del Ni en atmosfera d'H2 diluït a diferents temperatures (750, 800 i 850 °C) i temps de reducció va ser estudiada. Les nanopartícules de Ni decorant la manganita d'estructura RP n= 1 és confirmada a través d'anàlisi de DRX, MET-EDS i la grandària de les partícules metàl·liques en la superfície de l'òxid, inferiors a 100 nm, és caracteritzat en funció de les condicions de exsolució. El segon capítol presenta el comportament catalític del material d’exsolució en la reacció de reformat de metà amb vapor aplicant el concepte de reformat gradual intern (GIR per les seues sigles en anglès) adaptat a cel·les SOFC (en altres paraules, sota contingut de vapor, relació vapor-carboni de 0.15) a diferents temperatures de reacció (750, 800 i 850 °C). Les propietats catalítiques de les mostres impregnades amb Ni utilitzant com a suport un material ceràmic similar (La,Sr)2MnO4±δ, són també presentats com a comparació. El material d’exsolució exhibeix un millor resultat catalític en la reacció de reformat que la manganita impregnada, especialment a 850 °C, mostrant una més alta conversió, velocitat de conversió i de producció d'H2. En el reformat de la mescla d'alcans lleugers (CH4 -C2H6, i CH4 -C3H8), el comportament catalític és afectat per la competició entre molècules i la baixa disponibilitat de llocs actius metàl·lics, sense afectar la producció d'H2. Addicionalment, a temps de reacció llargs, l'activitat en el material d’exsolució és estable fins i tot desprès de 100 h de reacció, sense formació d'espècies carbòniques sobre les partícules de Ni, com ho confirmen les imatges MET i el ATG/MS. En el tercer i últim capítol, la possible formació i depòsit de carbó i l'enverinament amb sulfurs són presentats. No obstant això, malgrat l'elevada i estable activitat catalítica en la reacció de reformat de metà amb vapor amb una considerable resistència a la formació de carbó, el material d’exsolució té un alt nivell de sensibilitat a l'enverinament amb H2S, similar al Ni/YSZ (material de referència de la literatura) o el material impregnat amb Ni, amb una disminució de l'activitat catalítica a pràcticament zero No obstant això, l'excepcional resultat global obtingut aquest nou material és prometedor per a un possible ús futur com a material d'ànode en sistemes SOFC alimentats amb gas natural colombià lliure d'H2S. / Al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (COLCIENCIAS) por la beca de estudios de Doctorados Nacionales Conv. 647 y el proyecto # 110265842833 “Symmetrical high temperature Fuel Cell operating with Colombian natural gas”. Al Consejo Superior de Investigaciones Científicas por el apoyo con la ayuda económica para la estancia mediante la convocatoria I-coop Project # COOPA20112. / Vecino Mantilla, JS. (2020). Nickel exsolution effect on the catalytic behavior of ruddlesden-popper manganites in sofc conditions using colombian natural gas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149474 / TESIS