El objetivo principal de la presente investigación fue el estudio del proceso de adsorción de cadmio y cromo presentes en soluciones acuosas utilizando carbones activados modificados. Se utilizó como materia prima un carbón activado comercial. Para la modificación superficial del carbón activado, se trabajó con HCl, HNO3, NaOH, H2O2 y NaCl, a distintas concentraciones. Para las soluciones ácidas, básica y salina, el tiempo de reacción fue de 24 h a 50°C, mientras que, para el agua oxigenada fue de 3 h a temperatura ambiente. La caracterización se realizó utilizando diferentes técnicas instrumentales: pHPZC, titulación Boehm, FTIR, SEM, EDX y sorción de N2. Se determinó que el punto de carga cero variaba con el tratamiento aplicado al carbón activado, pero se mantuvo con leves cambios en los carbones tratados con sales. La espectroscopia infrarroja (FTIR) permitió establecer la formación de posibles grupos funcionales oxigenados después de la modificación del carbón activado. La titulación Boehm permitió determinar los grupos ácidos superficiales. La funcionalización de los carbones activados con HNO3 y H2O2 incrementan la acidez superficial del carbón, aumentando la cantidad de los grupos carboxílicos y fenólicos, mientras que se redujo los grupos lactónicos en dichos carbones. La microscopia electrónica de barrido (SEM) permitió el análisis morfológico del carbón, se identificó posteriormente 3 estructuras diferentes que conformaban el carbón de partida y que debido al tratamiento aplicado (principalmente con un agente oxidante) se producía mayor fragmentación en el carbón funcionalizado. Mediante la sorción de N2 se pudo establecer que todos los tratamientos, con excepción de aquel en que se utilizó NaCl, produjeron una reducción del área superficial; este efecto fue mayor cuando se utilizó un agente oxidante (HNO3 y H2O2) y cuando la concentración empleada fue más alta. Se realizó el estudio cinético de la adsorción del cadmio y del cromo, obteniendo que los tiempos de equilibrio para la adsorción de ambos metales en forma individual fue de aproximadamente 100 minutos. Se determinó que, para la adsorción de cromo solo los carbones tratados con HNO3 y con H2O2mejoraron la capacidad de adsorción del carbón activado. Sin embargo, con estos mismos carbones, la funcionalización no fue tan efectiva para la adsorción de Cd (II). La funcionalización del carbón con HCl y con NaCl no resultó adecuada para la adsorción de ninguno de estos metales. Por otro lado, cuando se cambió el adsorbato por un compuesto orgánico como el 4-nitrofenol, se observó un ligero aumento en la capacidad de adsorción con el carbón activado funcionalizado con NaCl, indicando que el tipo de modificación que se aplique al carbón activado depende también de la naturaleza del adsorbato que se quiera investigar. Al analizar los factores que pueden influir en la retención del adsorbato, se determinó que la adsorción es mejor a pH = 5 y a bajas temperaturas (10°C). Los resultados cinéticos en la gran mayoría de los carbones modificados presentan el mejor ajuste con el modelo de pseudo segundo orden, lo que indica que el proceso de adsorción depende de la disponibilidad de los sitios de adsorción. / Tesis

El presente trabajo se centró en la síntesis y la caracterización de carbón activado modificado con cobre con el propósito de a) potenciar las propiedades del carbón como material adsorbente de compuestos fenólicos: fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol, b) evidenciar la propiedad bacteriostática del carbón modificado con cobre en contacto con las cepas de Escherichia coli. Se utilizaron como precursor semillas de aguaje (Mauritia Fleuxuosa L.f.), que es un material lignocelulósico, abundante y renovable. Se estudió el efecto de la funcionalización ácida del carbón activado variando la concentración del ácido, temperatura y tiempo de contacto, y analizando su efecto en el cobre incorporado en la superficie del carbón. Los resultados mostraron una disminución en la capacidad de adsorción del carbón funcionalizado y modificado con cobre. Se realizó el estudio de la capacidad adsortiva del carbón impregnado con Cu sin la funcionalización ácida considerando los siguientes aspectos: a) La influencia de la cantidad de Cu incorporado, pH de la solución y temperatura de reducción. Los resultados mostraron un aumento en la capacidad de adsorción del 4-nitrofenol, una reducción con el fenol y ninguna variación con el 4-clorofenol. b) La quimisorción de los compuestos fenólicos en presencia de oxígeno molecular (O2). Se obtuvo como resultado un incremento en la capacidad de adsorción del fenol y una reducción del 4-clorofenol y 4-nitrofenol. c) La evaluación de la propiedad bacteriostática del carbón modificado con cobre mostró la inactivación de las cepas de Escherichia coli puestas en contacto. d) El estudio cinético y en condiciones de equilibrio para evaluar el efecto del tiempo de equilibrio, pH de la solución, relación masa de carbón/volumen de solución y temperatura de adsorción. Los resultados experimentales se correlacionaron con losmodelos cinéticos y de isotermas. Como resultado final se determinó el proceso de adsorción de los compuestos fenólicos estudiados. / The present work focused on the synthesis and characterization of activated carbon modified with copper with the purpose of a) enhancing the properties of the coal as adsorbent material of phenolic compounds: phenol, 4-nitrophenol and 4-chlorophenol, b) evidencing the bacteriostatic property of copper-modified carbon in contact with strains of Escherichia coli. It was used as precursor seeds of aguaje (Mauritia Fleuxuosa L.f.) that is an abundant and renewable lignocellulosic material. The effect of acid functionalization of activated carbon was studied by varying the acid concentration, temperature and contact time, and analyzing its effect on the copper incorporated in the surface of the coal. The results showed a decrease in the adsorption capacity of the functionalized carbon and modified with copper. The study of the adsorptive capacity of the coal impregnated with Cu without acid functionalization was carried out considering: a) The influence of the amount of Cu incorporated, solution pH and reduction temperature. The results showed an increase in the adsorption capacity of 4-nitrophenol, a reduction with phenol and no variation with 4-chlorophenol. b) The chemisorption of the phenolic compounds in the presence of molecular oxygen (O2), resulting in an increase in the adsorption capacity of the phenol and a reduction with respect to 4-chlorophenol and 4-nitrophenol. c) Evaluation of the bacteriostatic property of copper-modified carbon which showed the inactivation of strains of Escherichia coli brought into contact. d) The kinetic study and under equilibrium conditions to evaluate the effect of equilibrium time, solution pH, mass ratio of carbon / volume of solution and adsorption temperature. The experimental results were correlated with kinetic and isothermal models. As a final result the adsorption process of the studied phenolic compounds was determined / Tesis

La presente investigación tuvo como finalidad el estudio y la remoción de aminas con cadenas alifáticas, especialmente la dimetilamina (DMA), la cual, bajo ciertas condiciones que se dan durante el tratamiento de aguas potables y residuales pueden formar la N-nitrosodimetilamina (NDMA). La importancia de la disposición de DMA radica en el hecho de que una vez que se transforma en NDMA esta última es exponencialmente más nociva al mostrar cierta actividad carcinogénica incluso a concentraciones tan bajas como 0,7 ng.L-1. Los materiales adsorbentes desarrollados en este estudio constan de carbón activado (CA) preparado a partir de semilla de aguaje (Mauritia Flexuosa) por activación química con ácido fosfórico y posteriores modificaciones. Estas consiguen primero en introducir grupos sulfónicos (-SO3H) sobre su superficie formando el denominado carbón activado funcionalizado (CAF) y después incorporar un armazón metal orgánico, el MOF-235, al CAF; el material compuesto resultante se denominó (CAFMOF). La caracterización fisicoquímica de los adsorbentes se realizó empleando las técnicas instrumentales de sorción de N2, espectroscopia infrarroja con transformadas de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía dispersiva de rayos X (EDX), termogravimetría (TGA), titulación Boehm y punto de carga cero (PZC). El MOF-235 preparado por síntesis solvotérmica presentó una estructura hexagonal identificada por DRX y confirmada a través de las micrografías SEM. Los grupos funcionales obtenidos por FTIR, así como los análisis TGA confirmaron la identidad del MOF-235 obtenido. Los carbones activados mostraron ser materiales muy microporosos, con una alta área superficial, tanto mayor cuanto más alto fue el grado de impregnación del carbón activado. Sin embargo, después de la funcionalización con grupos sulfónicos (-SO3H) y con la incorporación del MOF-235, el área superficial disminuye apreciablemente. Mediante titulación Boehm se determinaron los grupos funcionales oxigenados en el carbón activado con presencia y ausencia de funcionalización. Luego de la funcionalización se observó una disminución del punto de carga cero hacia pH's más ácidos lo cual se relacionó con un incremento de la densidad de grupos oxigenados superficiales. El estudio del proceso de adsorción de la DMA involucró el desarrollo de pruebas cinéticas e isotermas para estudiar el comportamiento de cada adsorbente, los resultados indicaron que la capacidad de adsorción de los carbones activados funcionalizados se incrementaron con relación a sus carbones precursores, de manera contraria, luego del proceso de incorporación del MOF, dicha capacidad disminuyó considerablemente, esto se debió primero a las condiciones de activación que condujeron a una reducción apreciable del área superficial del composite y en segundo lugar, a la interferencia en la cuantificación de DMA producida por la reacción de hidrólisis del solvente DMF remanente, lo que se produjo durante la derivatización de DMA. El modelamiento cinético mostró que los resultados experimentales se ajustaron mejor al modelo de pseudo-segundo orden, lo que significa que el proceso de adsorción depende principalmente de los sitios activos disponibles. Los resultados experimentales de las isotermas de adsorción de los carbones activados y sus respectivos funcionalizados se correlacionaron mejor con el modelo de Langmuir lo que indicaría que la adsorción se produce sobre una superficie energéticamente homogénea. Por otro lado, en el caso de los composites los resultados experimentales de las isotermas tuvieron un mejor ajuste con el modelo de Dubinin-Radushkevich, por lo que se puede establecer que la adsorción se produce sobre una superficie heterogénea con una distribución gaussiana en la energía de adsorción. / Tesis

En este trabajo se prepararon carbones activados (CA) a partir de pepas de níspero de palo (Mespilus communi), por activación química utilizando como agentes activantes ácido fosfórico (H3PO4) e hidróxido de potasio (KOH), en un ambiente inerte empleando un flujo controlado de nitrógeno (N2). Se evaluó la influencia del tamaño de partícula (mm) del precursor (pepa de níspero), la relación de impregnación (R), es decir, masa agente activante/masa precursor, la velocidad de calentamiento (ºC min-1) durante la activación y de la temperatura de activación (TA), en las propiedades texturales y en la capacidad de adsorción de fenol de los CA. Los grupos superficiales y los tipos de enlaces del precursor y de los CA se determinaron por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier. Los grupos ácidos y básicos se cuantificaron por el método de titulación Bohem. Mediante adsorción de N2 a 77K, se determinó que los CA obtenidos a R y TA más altas tuvieron elevadas áreas superficiales (SBET) con una estructura micro y mesoporosa. Los CA con H3PO4 se caracterizaron por poseer mayor microporosidad que los activados con KOH, en concordancia con las microfotografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM). Los análisis anteriores, además del análisis termogravimétrico (ATG), ayudaron a explicar el proceso de activación de los carbones. La naturaleza del precursor y los métodos de preparación tuvieron una fuerte influencia en las propiedades texturales y adsorbentes de los CA, en particular la R y la TA. Se estableció, que tanto las propiedades texturales como las propiedades químicas superficiales, determinaron la capacidad de adsorción de los CA hacia el fenol. En el proceso de adsorción, el tiempo para lograr el equilibrio fue de 6 horas, mientras que el pH óptimo fue de 5,5. Los CA con KOH mostraron una mayor capacidad de adsorción de fenol, que aquellos activados con H3PO4. A partir de una solución de 100 ppm de fenol se removió hasta 93,3 y 61,6 mgfenol.g-1 CA con los CA con KOH (muestra NK1,0-700) y con H3PO4 (muestra NF0,67-500), respectivamente; frente a un 7,6 mgfenol.g-1 CA de remoción logrado con el carbón comercial (muestra M-2184). En tanto que, a partir de soluciones de 500 ppm de fenol, el CA con KOH (muestra NK1,0-700) removió 163,7 mgfenol.g-1 CA y el H3PO4 (muestra NF0,94-500) 102,3 mgfenol.g-1 CA. Los datos experimentales de las isotermas de adsorción de fenol tuvieron una mejor correlación con el modelo de Langmuir y los datos cinéticos se correlacionaron mejor con el modelo de pseudo segundo orden y con el de difusión intraparticular; lo cual evidencia que ocurrió preferentemente una quimisorción del fenol en la superficie del carbón. / Tesis

En el presente trabajo de tesis, se presenta la síntesis, caracterización y aplicación de un electrodo de carbón activado y carbón activado modificado con el líquido iónico hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolio en la remoción de cloruro de sodio mediante el proceso de deionización capacitiva (CDI) en soluciones acuosas salinas preparadas de 200, 500 y 1000 ppm y aplicando potenciales de 0,8; 1,0 y 1,2 V. El desarrollo de la tecnología de deionización capacitiva (CDI) para la desalinización de soluciones electrolíticas es un área bastante prometedora, registrándose hasta la fecha múltiples trabajos a escala de laboratorio e industrial. El proceso de deionización capacitiva (CDI) depende directamente de la capacitancia eléctrica de los materiales empleado como electrodos, la humectabilidad de estos, así como el potencial de trabajo aplicado entre los electrodos. Los materiales carbonosos al ser modificados con líquido iónico presentan un incremento de la capacitancia eléctrica, gran estabilidad electroquímica, así como una mejora de la humectabilidad. Ante esto, surge la siguiente interrogante: ¿será posible desarrollar un electrodo que contribuya a la mejora de la remoción de cloruro de sodio en el campo de la deionización capacitiva (CDI)?. Mediante voltametría cíclica se calcula la capacitancia eléctrica del carbón activado modificado y carbón activado; siendo 58,40 F/g y 44,20 F/g, respectivamente. Mediante la medición del ángulo de contacto se obtiene una mejora de la humectabilidad de 112,00° para el electrodo sin modificar a 61,90° para el electrodo modificado. Finalmente, se logra determinar que a una concentración salina de 1240 ppm y un potencial de 1,0 V se obtiene la mayor capacidad de remoción de 13,79 mg/g. / In the present thesis is presented the synthesis, characterization and application of an activated carbon electrode and activated carbon modified with ionic liquid 1-butyl-3- methylimidazolium hexafluorophosphate for the removal of sodium chloride in prepared aqueous saline solutions of 200, 500 and 1000 ppm and applying potentials of 0,8; 1,0 and 1,2 V by means of capacitive deionization process (CDI). The development of capacitive deionization (CDI) technology for the desalination of electrolytic solutions is a quite promising field, with multiple laboratory and industrial scale work being recorded to date. The capacitive deionization process (CDI) directly depends on the electrical capacitance of the materials used as electrodes, wettability, as well as the applied work potential between the electrodes. The carbonaceous materials modified with ionic liquid exhibit an increase in electrical capacitance, great electrochemical stability, as well as an improvement in wettability. Given this, the following question arises: will it be possible to develop an electrode that contributes to the improvement of the removal of sodium chloride in the field of capacitive deionization (CDI)? Through cyclic voltammetry technique, the electrical capacitance of modified activated carbon and activated carbon is calculated as 58,40 F/g and 44,20 F/g, respectively. By measuring the contact angle, an improvement in wettability is obtained from 112,00° for the unmodified electrode to 61,90° for the modified electrode. Finally, it is determined that the highest removal capacity of 13,79 mg/g is obtained at a saline concentration of 1240 ppm and a working potential of 1,0 V. / Tesis

El estudio que da lugar a la presente Tesis Doctoral está motivado por la necesidad de escalar los reactores para llevar a cabo la regeneración electroquímica de carbones activados (CAs), así como por la necesidad de optimizar las variables experimentales más relevantes de este proceso con el fin de conseguir una tecnología eficiente con el menor coste posible. El CA es un material ampliamente utilizado en la industria por su capacidad de adsorción, pero, para que sea viable económicamente, es necesario que se desarrollen tecnologías que sean capaces de recuperar las propiedades texturales iniciales y, por tanto, que se pueda reutilizar. En este sentido, la tecnología aplicada actualmente a nivel industrial es la regeneración térmica. Una alternativa que puede suponer una mejora desde el punto de vista medioambiental y económico se encuentra la regeneración electroquímica que está desarrollada a escala de laboratorio. Por tanto, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es el estudio de la regeneración electroquímica de CAs gastados en condiciones reales en diferentes estaciones de tratamiento de agua potable empleando diferentes reactores electroquímicos a distinta escala. La presente Tesis Doctoral se basa en la regeneración electroquímica de CAs a escala de planta piloto. En primer lugar, se estudia el proceso de escalado del reactor electroquímico desde un nivel de laboratorio (6 g de capacidad) hasta escala de planta piloto (15 kg de capacidad), teniendo un reactor intermedio a escala de banco (3.5 kg de capacidad). Para ello, se diseñan dos reactores en configuración de placas paralelas y un prototipo alternativo en configuración de electrodos cilíndricos concéntricos. En segundo lugar, se optimizan las diferentes variables experimentales con el objetivo de alcanzar la mayor eficiencia de regeneración al menor coste posible. Los parámetros objeto de estudio son: tipo de regeneración, configuración del reactor electroquímico, tipo, concentración y caudal de electrolito, tiempo de tratamiento y composición del material de los electrodos. Además, se han regenerado diferentes CAs usados durante 3-10 años en varias industrias de tratamiento de aguas y químicas. Por último, se realiza un ensayo de adsorción en disolución de un contaminante emergente como el bisfenol A sobre los CAs regenerados electroquímicamente con el fin de demostrar que pueden volver a aplicarse como material adsorbente de garantías. Los resultados de esta investigación han conducido a las siguientes conclusiones generales: 1. El proceso de escalado desde la celda electroquímica filtro-prensa con una capacidad de 6 g de CA hasta dos reactores electroquímicos con configuración de placas paralelas con capacidad para 3.5 y 15 kg de CA no puede ser directo debido al tamaño inviable del reactor y de las necesidades de la fuente de alimentación. Para evitar estos problemas, se propone un escalado modificado en el que los parámetros de distancia entre electrodos, tiempo de residencia, volumen específico de electrolito en el tanque y concentración de electrolito, se cambian para alcanzar unos parámetros de diseño aceptable para la construcción y funcionamiento de los reactores. 2. Se han diseñado y construido dos reactores electroquímicos con configuración de electrodos planos paralelos con capacidad para 3.5 y 15 kg, respectivamente. La regeneración electroquímica del CA usado en condiciones reales se puede lograr con una recuperación de la porosidad superior al 95% utilizando ambos reactores. 3. Las condiciones experimentales que permiten alcanzar, con estos CAs saturados en condiciones reales, una eficiencia de regeneración superior al 95% en un reactor electroquímico filtro-prensa son: ácido sulfúrico 0.05 M como electrolito, densidad de corriente de 0.025 A/cm2, con separación de compartimentos y el CA colocado en el compartimento catódico. 4. Las condiciones más favorables para lograr una eficiencia de regeneración, con estos CAs saturados en condiciones reales, superior al 95% empleando un reactor de electrodos de placas paralelas a escala laboratorio con capacidad para 3.5 kg de CA son: configuración con separación de compartimentos, regeneración catódica, densidad de corriente de 0.025 A/cm2 y ácido sulfúrico 0.5 M como electrolito. Sin embargo, tras el tratamiento electroquímico, se produce una oxidación parcial del CA. Finalmente, se concluye que el acero inoxidable puede utilizarse como material catódico y que, a partir de la cuarta hora de tratamiento, el aumento en la eficiencia de regeneración es despreciable. 5. La regeneración electroquímica también se puede lograr de manera satisfactoria utilizando el reactor diseñado a escala de planta piloto con electrodos de placas paralelas. En las condiciones experimentales adecuadas (0.5 M y 750 L/h como caudal de electrolito, Pt/Ti como ánodo y acero inoxidable como cátodo, 70 A de intensidad durante 2 h) se obtiene una recuperación de la porosidad superior al 95%. Por otra parte, la oxidación producida por el tratamiento electroquímico tiene poca influencia ya que la mayor cantidad de grupos oxigenados producidos en la superficie el material se debe al uso de este en la ETAP, puesto que el tratamiento con CA se encuentra tras el tratamiento de desinfección del agua, y las especies oxidantes alcanzan el CA produciendo su oxidación. 6. Se ha diseñado y construido un reactor electroquímico con configuración de electrodos cilíndricos concéntricos de capacidad 10 kg de CA. La regeneración electroquímica del CA usado en condiciones reales se puede obtener con una recuperación de la porosidad superior al 95% utilizando este reactor electroquímico a escala de planta piloto. 7. Las condiciones experimentales óptimas para lograr un 95% de eficiencia de regeneración con el reactor a escala de planta piloto de electrodos concéntricos cilíndricos son: ácido sulfúrico 0.25 M como electrolito y un flujo de 750 L/h, Pt/Ti como ánodo, acero inoxidable como cátodo y 27 A de intensidad durante 2 h. Por otra parte, se debe destacar que los reactores propuestos a escala de planta piloto presentan una reducción del consumo energético del 98% en comparación con la fabricación de CA y, superior al 90%, en comparación con la tecnología de regeneración térmica convencional. 8. Del proceso de validación en la celda filtro-prensa se concluye que, para lograr una eficiencia de regeneración satisfactoria, el área superficial del CA gastado debe ser superior a 600 m2/g, mismo valor solicitado por empresas de regeneración térmica. En el caso de CAs impregnados con álcalis, se puede lograr una buena recuperación de la porosidad. Sin embargo, habría que aplicar un tratamiento de impregnación posterior para tener las mismas características que el material de partida. Por otra parte, los CAs que no pueden regenerarse térmicamente difícilmente pueden regenerarse por el método electroquímico. Finalmente, hay que destacar que cada CA gastado necesita unas condiciones experimentales de regeneración particulares, especialmente dependiendo de la industria que lo genera. 9. La validación del prototipo a escala de banco con capacidad para 3.5 kg pone de manifiesto que los CAs fabricados mediante aglomeración se regeneran con mayor facilidad que los preparados por el método de activación directa; además, al igual que en el caso del estudio en célula filtro-prensa, el área superficial del CA usado debe ser superior a 600 m2/g para conseguir una buena eficiencia en la regeneración. De esta forma, se comprueba la viabilidad del método electroquímico para la regeneración de CA usado en condiciones reales a nivel industrial; por tanto, se puede considerar como una alternativa al método de regeneración térmica actual. 10. La adsorción de bisfenol A en CAs regenerados electroquímicamente demuestra que, aun presentando una cinética más lenta que la observada en el CA original, se pueden reutilizar para la adsorción de compuestos orgánicos.

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The research work presented in this memorandum deals with the synthesis of advanced activated carbon materials in order to use them for hydrogen storage application. A total number of 90 samples are investigated, comprising activated carbon fibers (ACFs ), activated carbon nanofibers (ACNFs), as well as activated carbon monoliths from different synthetic precursors (ACFs and PVDC-based). After a broad introduction, the experimental characterization methods are explained which include: Textural analysis via sub-atmospheric adsorption isotherms ofN2 at 77 K and of CO2 at 273 K, thermogravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), different techniques for material density measurements, as well as the use of a number of hydrogen adsorption devices which permit measurements under different temperature-pressure conditions (ranging from high precision sub-atmospheric measurements to high pressure, as well as from cryogenic to room temperature ). For material synthesis, different methods are applied: Physical activation with CO2, chemical activation with hydroxides (KOH and NaOH), as well as monolith synthesis. For ACFs, different activation conditions are investigated which develop appropriate adsorbent characteristics for H2 adsorption. Here, aside from the nature and amount of the activating agent, also the carbonization temperature of the carbon fiber precursor plays a key role. A scale-up ACF production is performed, yielding in an output one order of magnitude higher than for laboratory scale synthesis. For a selection of ACFs H2 adsorption is measured at 298 K and 20 MPa and 77 K and 4 MPa. The total storage capacity is introduced which, apart from the adsorbed phase, also accounts for the compressed gas in the void space of the adsorbent. This quantity only depends on measurable sample characteristics (H2 adsorption amount, as well as bulk and real densities) and permits to estimate how much gas can be stored in a confined tank volume. Especially at 298 K the adsorbent density has a high impact on the total H2 storage capacity. Therefore, the density of the ACFs is increased by synthesizing monoliths from them. Furthermore, another class of high-density monoliths is investigated, whose adsorption characteristics are improved by CO2 activation. On a volumetric basis these materials outperform adsorbents with very high surface areas like Maxsorb or MOF-21 O, and achieve high total storage capacities up to 18.1 g r1. For carbon nanofiber activation, CO2 turns out to result in better bespoke porosity for H2 adsorption than other activating agents like hydroxides or steam. Their density is improved by monolith synthesis. Especially interesting H2 adsorption results are obtained for the nanofibers at 298 K and 20 MPa, where a hydrogen uptake of 1.2 wt.% is measured, which is more than would be expected from their porosity. finally, the system storage capacity and the dimensionless quantity K are introduced which allow to determine if a given storage tank device can be improved by filling it with an adsorbent. The calculations are done for a number of state-of-the-art tanks and using different materials from this study. The results reveal that in volumetric terms the system storage capacities can be easily improved. On a gravimetric basis, it is expected that the storage capacities could be improved for optimized tank devices.

El presente trabajo tiene como objetivo satisfacer una demanda generada en el mercado del negocio más grande del país: la minería. El presente proyecto generará bienestar económico para una parte de la población ya que generará trabajo y desarrollo económico. El documento presenta todo el sustento social, económico, operativo y tecnológico del proyecto. El producto generado es un producto poco común en el mercado pero tiene aplicaciones muy beneficiosas para el procesamiento de diferentes minerales. La propuesta plantea el diseño de una planta de producción de carbón activo en base a cáscara de café. El procesamiento de minerales con el producto presentado agrega valor al producto mineral final, generando una ventaja competitiva en el mercado minero, por lo que consideramos que el producto tendrá una gran acogida y podría motivar a muchos negocios mineros a darle diferentes ventajas competitivas a diferentes minerales. / The present work has the purpose of satisfying a demand generated in the biggest business on the country: mining. The present project will generate economic wellness for a part of the population because it will generate work and economic development. This document presents the economic, social, operative and technological support for the project. The product generated is poorly known on the market but has beneficial applications on minerals processing. The project proposal presents the design of an coffee shell based activated carbon production plant. The minerals processing with the presented product adds value on the final mineral product, generating a competitive advantage in the mining market, that is why we consider that the product will have a big reception and could motivate different mining businesses to add different competitive advantages to their minerals. / Trabajo de investigación

Esta Tesis Doctoral se centra en una metodología innovadora para la síntesis de productos de alto valor añadido (carbón activado) usando como material de partida residuos de biomasa, los cuales son tratados mediante una carbonización hidrotermal asistida con ácido fosfórico (H3PO4) antes del proceso de activación. Con esta metodología se logra disminuir la concentración de agente activante y aumentar el rendimiento del carbón activado. Una vez sintetizados los carbones activados, estos fueron modificados mediante la introducción de grupos funcionales nitrogenados. En primer lugar, los carbones activados fueron usados como electrodos de supercondensadores tanto en electrolito acuoso como en electrolito orgánico, evaluando la influencia de la introducción de nitrógeno en el comportamiento electroquímico de los carbones activados. Posteriormente, se prepararon catalizadores basados en paladio (Pd) usando como soporte los carbones activados sintetizados tanto modificados con nitrógeno como sin modificar y se evaluó el comportamiento catalítico de estos catalizadores en la reacción de deshidrogenación de ácido fórmico para la producción de hidrógeno. Finalmente para demostrar que la metodología implementada para la obtención de carbones activados a partir de residuos de biomasa puede ser considerada como una alternativa sostenible para la obtención de productos de alto valor añadido, se planteó el aprovechamiento no solo de la fase sólida sino también de la fase líquida obtenida de la carbonización hidrotermal para la producción de ácido levulínico. Para esto, se empleó la metodología del análisis del ciclo de vida (LCA, del inglés Life Cycle Assessment) como herramienta para evaluar los impactos ambientales generados en cada etapa del proceso. En general, se logró demostrar las oportunidades que ofrece el aprovechamiento de los residuos de biomasa empleando protocolos de síntesis sencillos y más respetuosos con el medio ambiente para la obtención de productos de alto valor añadido.