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

Los procesos más eficientes de remoción de arsénico remueven en mayor cantidad el arsénico en forma de arseniato (As(V)) en comparación al arsenito (As(III)), debido a ello, el tratamiento de remoción de arsénico debe incluir una etapa de pre oxidación para convertir el arsenito en arseniato. Es por ello que en la presente tesis, se desarrolla y evalúa un electrodo de fieltro de grafito modificado con óxido de manganeso-cobalto para así aplicarlo en la oxidación de arsénico (III) a arsénico (V) en sistemas acuosos. La preparación de los electrodos se realiza mediante electrodeposición anódica evaluando parámetros como la relación molar Mn/Co, pH, potencial y tiempo de deposición. Se determinó que los parámetros de deposición más favorables para la oxidación de arsénico (III) a arsénico (V) son a 60 min, pH=3, 1,5 V y relación molar de Mn/Co de 5:1. El electrodo modificado es caracterizado mediante voltametría cíclica, espectrofotometría UV-visible por reflectancia difusa, microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia total atenuada. En la evaluación de las condiciones experimentales (pH y potencial de trabajo) para favorecer la oxidación del As(III) a As(V) se determinó que en medios de pH ácidos se favorece la oxidación del As(III) y se encontró menores tiempos de oxidación del As(III) a potenciales de trabajo de 2,5 V. Además, el fieltro de grafito modificado con óxidos mixtos de Mn-Co mostró una mayor efectividad en la oxidación del As(III) a As(V) respecto al fieltro de grafito modificado solo con óxidos de manganeso. / Tesis

Los antioxidantes son sustancias de mucho interés, considerados como protectores de los sistemas biológicos contra la oxidación, que ocasionan procesos degenerativos por la presencia de radicales libres. La evaluación de la actividad antioxidante de la especie vegetal se realizó aplicando dos métodos: el método químico, mediante la neutralización del radical libre 2,2-difenil-1-picrilhidracil (DPPH) y el método electroquímico, empleando la voltametría cíclica. De la separación, guiada por la actividad antioxidante, de la fracción AE de la Bauhinia guianensis var. kuntiana Aubl., se aisló el compuesto con mayor actividad, la 5,7,3´,4´-tetrahidroxiflavanona (eriodictiol) con p.f= 216 °C, quien ha sido identificado mediante sus espectros IR, UV, EM, RMN 1H, RMN 13C, 1H-1H COSY y 1H-13C HETCOR. El flavonoide eriodictiol aislado presentó la mayor actividad antioxidante, de 90,42 % a la concentración de 10 g/mL y un potencial de oxidación a pa1 0,206 V. El valor determinado para su EC50 fue de 1,81 g/mL, lo que indica que a muy baja concentración presenta buena actividad antioxidante y es comparable con los estándares rutina y quercetina. Se encontró la relación entre estructura – actividad – potencial redox del principio activo responsable de la actividad antioxidante en la especie. El grupo catecol (dos -OH adyacentes) en el compuesto, es el responsable de la mayor actividad antioxidante a un menor potencial de oxidación. / Tesis

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[EN] The precious metals natural sources, including gold, have decreased around the world each year. At the same time, the demand for these metals have increased, especially for the use in the electrical and electronics products industry. The recovery of metals from these scraps could be one way to mitigate this problem, since consumption and disposal have considerably increased every year. Therefore, this study aims to evaluate alternative leaching agents for the gold extraction present in the printed circuit boards (PCB's) of cell phones, and subsequent recovery by electrometallurgical process. Entire PCB's obtained from obsolete or defective cell phones were used. Thus, a commercial stripping (cyanide-based) and alternative leaching agents (sodium and ammonium thiosulfate) were tested under different conditions of concentration, time, pH and temperature. The solutions were analyzed by atomic absorption. The amount of gold contained in the PCB's was measured, by a preliminary test, in which, samples were leached with aqua regia for a complete extraction of the metal and further comparison with the commercial stripping and alternative leaching agents. The electrometallurgical stage began with the cyclic voltammetry experiments to determine the gold and copper electrowinning potential. After that, electrowinning tests using different electrode potentials to determine the recovery rates of these metals were performed. The results obtained in the leaching tests show that with the commercial stripping, it was possible to extract 88% of the gold present in the PCB of cell phones. With sodium thiosulfate, it was possible to extract 70% of the gold contained in the PCB, using 0.12M of sodium thiosulfate, 0.2M of ammonium and 20mM of copper sulphate. With ammonium thiosulfate, it was possible to extract 75% of the gold, using 0.12M of ammonium thiosulfate, 0.2M of ammonium and 20mM of copper sulfate. Regarding the recovery of metals in solution, the results of cyclic voltammetry showed that the copper deposition occurs at potentials more negative than -600 mVAg/AgCl, while the gold deposition can be performed to more positive potential than -600mVAg/AgCl, showing that both metals can be selectively recovered. The results of the electrowinning tests proved that in the synthetic solution the recovered fractions reached 0.98 for gold and 0.99 for copper, using the electrode potentials of -500 mVAg/AgCl and -700 mVAg/AgCl, respectively. The electrical efficiency in this case was below 6% for all tested potential. The electrochemical behavior observed for real solutions was very similar to that one observed for synthetic solutions, but with lower values. In that case, the gold recovered fraction reached 0.94, while the copper recovered fraction reached 0.95 using the same potentials. The current efficiency achieved in the experiments, with real solutions, was less than 3%. / [ES] Cada año las reservas naturales de metales preciosos, entre ellos el oro, van disminuyendo en todo el mundo. Paralelamente, la demanda de estos metales va en aumento, especialmente para su utilización en la industria de productos eléctricos y electrónicos. Una forma de atenuar este problema podría ser la recuperación de los metales contenidos en las chatarras de estos productos, cuyo consumo y desechos aumentan considerablemente cada año. Por tanto, este trabajo tiene por objetivo evaluar agentes lixiviantes alternativos para la extracción del oro contenido en las placas de circuito impreso (PCI) de teléfonos móviles y su posterior recuperación por vía electrometalúrgica. Se utilizaron PCI's enteras obtenidas de aparatos de teléfonos móviles obsoletos o defectuosos. En los ensayos de lixiviación se probaron, además de un agente extractor comercial (a base de cianuro), los agentes lixiviantes alternativos tiosulfato sódico y tiosulfato amónico en medio amoniacal, a distintas concentraciones, pH, tiempos y temperaturas. Las disoluciones obtenidas se analizaron por absorción atómica. La cantidad de oro contenido en las placas se midió a través de un ensayo previo donde las muestras fueron lixiviadas con agua regia para una extracción completa del metal y la posterior comparación con el agente extractor comercial y los lixiviantes alternativos. La etapa electrometalúrgica se inició con los ensayos de voltametría cíclica para determinar los potenciales de electrodeposición de oro y de cobre y a continuación se realizaron ensayos de eletrodeposición utilizando diferentes potenciales de electrodo para determinar las velocidades de recuperación de estos metales. Los resultados obtenidos en los ensayos de lixiviación muestran que el agente extractor comercial fue capaz de extraer el 88% del oro contenido en las PCI de los teléfonos móviles. Con la utilización de tiosulfato sódico fue posible extraer el 70% del oro contenido en las PCI's, utilizando disoluciones de composición 0,12M de tiosulfato sódico, 0,2M de amoniaco y 20mM de sulfato de cobre. Con tiosulfato amónico, fue posible extraer el 75% del oro, utilizando disoluciones de composición 0,12M de tiosulfato amónico, 0,2M de amoniaco y 20mM de sulfato de cobre. Con respecto a la recuperación de los metales en disolución, los resultados obtenidos en los ensayos de voltametría cíclica mostraron que la deposición de cobre tiene lugar a potenciales más negativos de -600 mVAg/AgCl mientras que la deposición de oro se puede efectuar a potenciales más positivos que -600 mVAg/AgCl, demostrando que los dos metales pueden ser recuperados selectivamente. Los resultados de los ensayos de electrodeposición mostraron que, para disoluciones sintéticas, las fracciones recuperadas llegaron a 0.98 para oro y 0.99 para cobre, utilizando -500 mVAg/AgCl y -700 mVAg/AgCl, respectivamente. El rendimiento eléctrico, en este caso, fue inferior al 6% para todos los potenciales ensayados. El comportamiento electroquímico observado para las disoluciones reales fue muy parecido al observado para las disoluciones sintéticas, pero con valores más bajos, en este caso la fracción de oro recuperada llegó al 0.94, mientras que la fracción de cobre recuperada alcanzó el 0.95, utilizando los mismos potenciales. El rendimiento eléctrico alcanzado en los experimentos con disoluciones reales fue inferior al 3%. / [CA] Cada any les reserves naturals de metalls preciosos, entre ells l'or, van disminuint en tot el món. Paral¿lelament, la demanda d'estos metalls va en augment, especialment per a la seua utilització en la indústria de productes elèctrics i electrònics. Una forma d'atenuar aquest problema podria ser la recuperació dels metalls continguts en les ferralles d'aquestos productes, el consum i rebutjos dels quals augmenten considerablement cada any. Per tant, aquest treball té per objectiu avaluar agents lixiviants alternatius per a l'extracció de l'or contingut en les plaques de circuit imprés (PCI) de telèfons mòbils i la seua posterior recuperació per via electrometal¿lúrgica. Es van utilitzar PCI's senceres obtingudes d'aparells de telèfons mòbils obsolets o defectuosos. En els assajos de lixiviació es van provar, a més d'un agent extractor comercial (a base de cianur) , els agents lixiviants alternatius tiosulfat sòdic i tiosulfat d'amoni al medi amoniacal, a distintes concentracions, pH, temps i temperatures. Les dissolucions obtingudes es van analitzar per absorció atòmica. La quantitat d'or contingut en les plaques es va mesurar a través d'un assaig previ on les mostres van ser lixiviades amb aigua règia per a una extracció completa del metall i la posterior comparació amb l'agent extractor comercial i els lixiviants alternatius. L'etapa electrometal¿lúrgica es va iniciar amb els assajos de voltametria cíclica per a determinar els potencials d'electrodeposició d'or i de coure i a continuació es van realitzar assajos d'eletrodeposició utilitzant diferents potencials d'elèctrode per a determinar les velocitats de recuperació d'aquests metalls. Els resultats obtinguts en els assajos de lixiviació mostren que l'agent extractor comercial va ser capaç d'extraure el 88% de l'or contingut en les PCI dels telèfons mòbils. Amb la utilització de tiosulfat sòdic va ser possible extraure el 70% de l'or contingut en les PCI's, utilitzant dissolucions de composició 0,12M de tiosulfat sòdic, 0,2M d'amoníac i 20mM de sulfat de coure. Amb tiosulfat d'amoni, va ser possible extraure el 75% de l'or, utilitzant dissolucions de composició 0,12M de tiosulfat d'amoni, 0,2M d'amoníac i 20mM de sulfat de coure. Respecte a la recuperació dels metalls en dissolució, els resultats obtinguts en els assajos de voltametria cíclica van mostrar que la deposició de coure té lloc a potencials més negatius de -600 mVAg/AgCl mentre que la deposició d'or es pot efectuar a potencials més positius que -600 mVAg/AgCl, demostrant que els dos metalls poden ser recuperats selectivament. Els resultats dels assajos d'electrodeposició van mostrar que, per a dissolucions sintètiques, les fraccions recuperades van arribar a 0.98 per a or i 0.99 per a coure, utilitzant -500 mVAg/AgCl i -700 mVAg/AgCl, respectivament. El rendiment elèctric, en aquest cas, va ser inferior al 6% per a tots els potencials assajats. El comportament electroquímic observat per a les dissolucions reals va ser molt paregut a l'observat per a les dissolucions sintètiques, però amb valors més baixos, en aquest cas la fracció d'or recuperada va arribar al 0.94, mentre que la fracció de coure recuperada va aconseguir el 0.95, utilitzant els mateixos potencials. El rendiment elèctric aconseguit en els experiments amb dissolucions reals va ser inferior al 3%. / Kasper, AC. (2016). UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS HIDROMETALÚRGICAS E ELETROMETALÚRGICAS NA RECUPERAÇÃO DE OURO PROVENIENTE DE SUCATAS DE TELEFONES CELULARES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64552

[ES] En la presente tesis doctoral se exponen los resultados obtenidos en el desarrollo inicial de un sistema multisensor, tipo lengua electrónica voltamétrica, para el control de la durabilidad de las estructuras de hormigón armado (EHA). Aunque los sistemas multisensores son ampliamente utilizados en diferentes ámbitos, como el del medio ambiente o de la industria alimentaria, su uso en las EHA es novedoso. Igualmente, resulta novedosa la utilización de sensores voltamétricos que, como se demuestra en esta tesis, son de gran eficacia en el análisis de parámetros relacionados con el deterioro del hormigón armado, mejorándose los modelos de durabilidad obtenidos a través de sensores potenciométricos. Todo ello, sin ser aumentada de manera inabordable la complejidad electrónica y computacional del sistema. El prototipo de lengua electrónica diseñado es un sistema de sensores híbridos que consta de cuatro electrodos de trabajo (Au, Ag, Ni e INOX). Se dice que es híbrido porque se usan técnicas tanto voltamétricas (voltametría cíclica) como impedimétricas (espectroscopia de impedancia). Se han utilizado metales nobles (Au y Ag), metales no nobles (Ni) y aleaciones de alta durabilidad (acero inoxidable) con el fin de obtener un comportamiento electroquímico más variado. En la fase previa al desarrollo del sistema se seleccionaron los metales a utilizar en los sensores que formarían parte del sistema multisensor. Para ello se realizó un número ingente de ensayos con distintos metales (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni y INOX), tanto en disolución (simulando las condiciones de disolución de poro del hormigón), como en hormigón, con el fin de ser seleccionados aquellos metales de cuya respuesta se pudiera extraer una mayor información. Una vez finalizada la fase previa se estudió la respuesta aislada de cada uno de los metales seleccionados (Au, Ag, Ni e INOX), dividiéndose el estudio en 3 fases: ¿ Fase 1. Estudio en disolución: se analizaron los procesos que tienen lugar sobre la superficie del electrodo en disoluciones que simulaban distintas circunstancias que se pueden dar en el hormigón (variación de la disponibilidad de O2, variación del pH y presencia del anión cloro). Los resultados obtenidos se compararon con los encontrados en literatura. ¿ Fase 2. Estudios hechos con el sensor embebido en hormigones convencionales sin adiciones. Se embebieron sensores voltamétricos en hormigones convencionales de distinta relación agua/cemento. Seguidamente, se analizaron las probetas bajo distintas circunstancias que tuvieran influencia en el desencadenamiento y cinética de los procesos de corrosión como son: o Variaciones en la disponibilidad de O2 y H2O. o Carbonatación del hormigón. o Presencia de Cl-. ¿ Fase 3. Se desarrollaron modelos que permitieran identificar variaciones en parámetros relacionados con el deterioro del hormigón armado o estimar y predecir el parámetro de interés. Terminado el estudio de la respuesta aislada de los cuatro sensores, se procedió a evaluar la respuesta cruzada de los sensores siguiendo los protocolos propios de las lenguas electrónicas. Tras analizar y comparar las respuestas aisladas y cruzadas de los sensores, se propuso una rutina de trabajo que en un futuro ayude a optimizar los recursos, tanto operacionales como de fabricación, utilizados en el sistema. Para finalizar, se hizo un estudio inicial para tratar de mejorar la autonomía del sistema, evaluando el efecto producido al simplificar la configuración de celda, reduciendo el número de electrodos de tres a dos. / [CA] En la present tesi doctoral s'exposen els resultats obtinguts en el desenvolupament inicial d'un sistema multisensor, tipus llengua electrònica voltamètrica, pel control de la durabilitat de les estructures de formigó armat (EFA). Encara que l'ús d'aquest tipus de sistema està molt expandit en l'àmbit del medi ambient i de la indústria alimentària, el seu ús en les EFAs és molt nou. Igualment, resulta nova la utilització de sensors voltamètrics, que com és demostra en aquesta tesi, són de gran eficàcia en la determinació de les condicions del formigó armat, millorant-se considerablement els models de durabilitat obtinguts mitjançant sensors potenciomètrics. Tot això, sense augmentar la complexitat electrònica i computacional del sistema d'una forma inabordable. El prototip dissenyat de llengua electrònica és un sistema de sensors híbrids compost per quatre elèctrodes de treball (Au, Ag, Ni i acer inoxidable). Es diu que és híbrid perquè en el sistema de sensors s'utilitzen tècniques voltamètriques i impedimètriques. S'han utilitzat metalls nobles (Au i Ag), metalls no nobles (Ni) i aliatges d'alta durabilitat (acer inoxidable). Amb la finalitat d'obtindre un comportament electroquímic més variat. En la fase prèvia al desenvolupament del sistema, es van seleccionar els metalls a utilitzar en els sensors que formarien part del sistema multisensor. Per a això es va realitzar una quantitat ingent d'assajos amb diferents metalls (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni i acer inoxidable), tant en dissolució com en formigó, amb l'objectiu de seleccionar aquells metalls dels quals es poguera aconseguir més informació amb la seua resposta. Una vegada finalitzada aquesta fase prèvia, es va estudiar la resposta aïllada de cadascun dels metalls seleccionats (Au, Ag, Ni i acer inoxidable). L'estudi es va dividir en tres fases: ¿ Fase 1. Estudis en dissolució: es van analitzar els processos duts a terme sobre la superfície de l'elèctrode en dissolucions que simulaven diferents circumstàncies que es poden donar en el formigó (variació de la disponibilitat d' O2, variació de pH i presència de l'anió clor). Els resultats obtinguts es van comparar amb els trobats en la literatura. ¿ Fase 2. Estudis fets amb els sensors embeguts en formigó: es van embeure els sensors voltamètrics en formigons convencionals de diferent relació aigua/ciment i sense adicions. A continuació, es van analitzar les provetes sota diferents circumstàncies que tingueren influència en el desencadenament i cinètica dels processos com són: o Variacions en la disponibilitat d' O2 i H2O. o Carbonatació del formigó. o Presencia de Cl-. ¿ Fase 3. Desenvolupament de models que possibiliten identificar variacions en paràmetres relacionats amb el deteriorament del formigó armat o estimar i predir el paràmetre d'interès. Finalitzat l'estudi de la resposta aïllada dels quatre sensors, es va avaluar la resposta creuada mitjançant protocols propis de les llengües electròniques (PCA i PLS). Després d'analitzar i comparar les respostes aïllades i creuades dels sensors, es va proposar una rutina de treball que un futur ajude a optimitzar els recursos, tant operacionals com de fabricació, utilitzats al sistema. Per acabar, es va fer un estudi inicial per a tractar de millorar l'autonomia del sistema, avaluant l'efecte produït al simplificar la configuració de cel·la, reduint el nombre d'elèctrodes de tres a dos. / [EN] In this thesis the results obtained in the development of a multisensor system, known as electronic voltametric tongue, for the reinforcement concrete structures' (RCS) durability control are exposed. Although the use of this multisensor system is widespread in different fields such as: the food industry and environmental control, its use in RCS monitoring is very novel. It is equally novel the use of voltametric sensors, this kind of sensors are very efficient in determining concrete conditions, improving the durability models obtained through potentiometric sensors, all without overly increasing the system's electronic and computational complexity The electronic tongue prototype designed is a hybrid sensor system made up of four working electrodes (Au, Ag, Ni and stainless steel). It has been referred to as hybrid because in the system voltametric and impedimetric electrochemical techniques are used. Noble metals (Au and Ag), non-noble metals (Ni) and high-durability alloys (stainless steel) have also been used with the purpose of achieving a more varied electrochemical behaviour. In the previous development phase of the system, the metals involved in the development of the electronic tongue were selected. In order to do this, a variety of tests with different metals were performed (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni and SS), in both dissolution (different concrete pore solution conditions were simulated) and hardened concrete. This allowed us to choose the metals which responses contained the most information. The next steps focused on the study of the selected sensors isolated response: ¿ Phase 1: simulation of concrete pore solution in dissolution systems. The results were compared with those already existing in the bibliography. ¿ Phase 2: studies with the sensors embedded in different standard concretes without additions. The samples were tested in different conditions involved in the rebars corrosion kinetics (variations in O2 and humidity availability, concrete carbonation and chlorides presence). ¿ Phase 3: Development of estimation models for the parameters of interest. After finishing the study of the isolated sensors' response, a cross-evaluation of their response was performed using typical protocols used in the electronic tongues (i.e. PCA and PLS). After analysing and comparing the isolated and crossed sensor's response, an optimized multisensory routine work was proposed which could, in the future, help optimize the resources used in the system. Finally, a study was carried out to improve the system's autonomy, in which the repercussion of the cell configuration simplification by means of the removal of the reference electrode was evaluated. / La autora quiere expresar su agradecimiento al Ministerio de Educación, Cultura y Deporte por la beca predoctoral FPU 16/00723 / Martínez Ibernón, A. (2023). Lenguas electrónicas para la evaluación de la durabilidad de estructuras de hormigón armado y el seguimiento de la corrosión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192263

En la actualidad, las baterías recargables líderes en el mercado tanto para dispositivos electrónicos como para vehículos eléctricos son las baterías de ion-Li. Estas baterías poseen mayor densidad de energía y mayor voltaje de celda que otras baterías recargables comerciales como, por ejemplo, la de níquel-hidruro metálico, la de plomo-ácido y la de níquel-cadmio (1-3). Sin embargo, las baterías de ion-Li presentan dos inconvenientes principales: el litio se encuentra en una concentración relativamente baja en la corteza terrestre y sus yacimientos se encuentran localizados en algunas zonas, principalmente en América del Sur (4,5). Por ello, es importante investigar en otra clase de baterías que estén compuestas por elementos más abundantes en la corteza terrestre, más fáciles de extraer y, por lo tanto, más baratos que el litio. Las alternativas a las baterías de litio sobre las que se ha investigado en esta tesis doctoral son las baterías multivalentes de magnesio y de calcio. La investigación se ha centrado en la búsqueda de materiales catódicos capaces de proporcionar capacidades y retenciones de capacidad lo suficientemente buenas como para poder considerar un escalado de la batería. El tipo de materiales en el que se ha centrado la investigación es el constituido por los óxidos de manganeso, ya que estos compuestos presentan numerosos tipos de estructuras cristalinas y proporcionan potenciales de oxidación-reducción elevados. Además, estos óxidos presentan ventajas económicas y medioambientales. De hecho, el manganeso es uno de los metales de transición más abundantes de la corteza terrestre y no es tóxico. Los materiales en los que hemos centrado la investigación han sido el Mn2O3, MgMn2O4, Mg2MnO4, H2xMg2-xMnO4 y la marokita de baja cristalinidad. La síntesis de los materiales MgMn2O4, Mg2MnO4, H2xMg2-xMnO4 y la marokita se ha conseguido mediante una variante del método sol-gel, el método Pechini (6). En el caso del Mn2O3, el método empleado ha sido el baño químico. En los materiales Mn2O3, MgMn2O4, Mg2MnO4, H2xMg2-xMnO4 y en la marokita de baja cristalinidad se ha demostrado la inserción-desinserción de magnesio, y en los materiales Mn2O3, MgMn2O4, H2xMg2-xMnO4 y en la marokita de baja cristalinidad, la inserción-desinserción de calcio. El estudio de la inserción-desinserción de los cationes metálicos y sus implicaciones a nivel estructural y morfológico se ha realizado empleando diferentes técnicas: la difracción de rayos X, técnicas microscópicas como la microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) y la de transmisión (TEM) y la espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS). Además, para mejorar la caracterización se ha empleado la espectroscopía de emisión por plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES), el análisis termogravimétrico y la espectroscopía infrarroja. Las técnicas de caracterización electroquímica utilizadas han sido la voltametría cíclica, la cronopotenciometría galvanostática (carga-descarga) y la espectroscopía de impedancia electroquímica. Además de las técnicas convencionales, se ha prestado especial atención a las técnicas acopladas de espectroelectroquímica Raman y UV-vis. La espectroelectroquímica Raman la hemos empleado para observar la evolución estructural de los materiales al someterlos a ciclos de carga-descarga y la espectroelectroquímica UV-vis para observar la evolución del estado de oxidación del manganeso en el Mn2O3 durante barridos voltamétricos, aprovechando que los óxidos de manganeso son materiales electrocrómicos. En términos generales, la mayoría de los materiales estudiados sufren un proceso de activación en los primeros ciclos de carga-descarga en medio acuoso. Este proceso de activación está relacionado con la aparición de cambios estructurales y morfológicos de las distintas estructuras cuando se someten a ciclos sucesivos en medio acuoso. Las partículas de los materiales evolucionan hacia láminas cuya morfología depende ligeramente del electrolito empleado. Una vez finalizado el proceso de activación, la capacidad del material comienza a disminuir debido a la disolución del material activo, el aumento de tamaño de las láminas, la desaparición progresiva de las rutas de difusión de los iones a través de la estructura del material electródico y a la posible pérdida de conexión eléctrica entre el depósito y el sustrato. Los materiales que proporcionan mejores resultados en términos de capacidad y retención de la capacidad para la inserción-desinserción de magnesio en medio acuoso son, respectivamente, el H2xMg2-xMnO4 y la marokita de bajo grado de cristalinidad. La capacidad máxima obtenida a 263 mA·g-1 para la marokita es de 100 mA·h·g-1 y para el material H2xMg2-xMnO4 de 177 mA·h·g-1. Los valores de capacidad y retención de la capacidad de los diferentes materiales estudiados para las baterías de calcio en medio acuoso son generalmente inferiores a los valores que proporcionan los materiales para las baterías de magnesio. La marokita de baja cristalinidad proporciona una capacidad máxima de 108.5 mA·h·g-1 y una retención de la capacidad en el ciclo 30 del 67% a 263 mA·g-1. El material H2xMg2-xMnO4 se ha estudiado en medio orgánico húmedo, además de en medio acuoso. El electrolito empleado fue 0.5 M Mg(TFSI)2/DME. Los resultados obtenidos de capacidad y ciclabilidad son inferiores a los resultados proporcionados por el material en medio acuoso. Además, no se observa una inserción eficiente del Mg en la estructura mediante XPS ni un cambio morfológico de las partículas con el ciclado electroquímico en este electrolito. Los resultados obtenidos en los materiales estudiados en esta tesis doctoral en términos de capacidad, retención de la capacidad y cinética de reacción, son similares o incluso superiores a los resultados reportados en bibliografía para materiales catódicos en el contexto de las baterías de magnesio y de calcio.

[ES] Esta Tesis Doctoral se centra en la recuperación mediante electrodeposición del Sb presente en un efluente residual proveniente de la metalurgia del cobre. El efluente en el que se basa este estudio se produce en el proceso de regeneración con HCl concentrado de las resinas de intercambio iónico de una de las subetapas del electro-refinado del cobre. Se trata de un electrolito ácido que contiene diversas impurezas, entre las que destacan, Sb y Bi, que son considerados materias primas críticas por la Unión Europea, debido al riesgo de suministro que presentan y a su importancia en la economía. El objetivo de esta Tesis es la recuperación del Sb y la reutilización del HCl. Para alcanzar ambos propósitos se ha estudiado el empleo de la electrodeposición como operación de separación para el tratamiento del efluente. Este proceso se ha investigado mediante técnicas electroquímicas, en particular, voltametría cíclica y de barrido lineal. En primer lugar, se ha realizado el estudio con disoluciones sintéticas que emulan el efluente generado en las metalurgias chilenas. La caracterización electroquímica de la disolución de Sb en medio HCl ha evidenciado que la reducción del Sb(III) a Sb metálico está limitada por la transferencia de materia y que una concentración elevada de HCl favorece la recuperación del Sb. Los ensayos de electrodeposición han destacado la relevancia de las reacciones secundarias, la reacción de evolución del hidrógeno (HER) y la generación de cloro, y su influencia negativa sobre la deposición de Sb. La HER tiene lugar en el cátodo y conlleva la generación de burbujas de hidrógeno a elevadas densidades de corriente, que reducen la superficie útil del electrodo de trabajo e incluso causan el desprendimiento del depósito de Sb. Por su parte, la generación de cloro gas en el ánodo provoca la redisolución de los depósitos de Sb desprendidos a causa de la HER. Tras la realización de estos ensayos se ha concluido que se puede aumentar la tasa de recuperación de Sb si se tienen mayores concentraciones del elemento en la disolución o si se mejoran las condiciones hidrodinámicas. Se ha analizado también cómo influye la presencia de Bi en la disolución sintética durante la electrodeposición del Sb. El potencial de reducción de ambos elementos es similar, lo que implica que la recuperación individual de Sb sea compleja. No obstante, si se trabaja bajo condiciones en las que no se supere la densidad de corriente límite del sistema, se logra una elevada selectividad hacia el Sb. Si la concentración de Bi en la disolución es superior a la de Sb, se electrodepositan ambos elementos, pero se logra un elevado valor de eficiencia de corriente debido a que la influencia de la HER sobre el Bi no es tan fuerte. A continuación, se ha estudiado la aplicación de las técnicas previamente analizadas con un efluente real, facilitado por una empresa española. Se ha verificado que las conclusiones obtenidas con las disoluciones sintéticas son aplicables al efluente real. En particular, se ha confirmado que, al aumentar la densidad de corriente aplicada, la deposición de Sb se ve mermada debido a la relevancia del resto de reacciones: la reducción de los demás elementos y la evolución del medio. Los depósitos obtenidos contienen algunos de los elementos presentes en el efluente real: Sb, Bi, As y Cu, siendo mayoritario el primero. Como resultado, se ha concluido que es posible purificar el HCl mediante la electrodeposición de los elementos contenidos en el electrolito. Finalmente, se ha planteado la posibilidad de sustituir el HCl empleado como regenerante por un disolvente eutéctico profundo, debido a la alta solubilidad de metales y su procedencia de fuentes renovables. En particular, la investigación se ha llevado a cabo con la oxalina, la cual presenta una elevada capacidad de disolución para el Sb y una amplia ventana de potencial que beneficiaría la aplicación de la técnica de electrodeposición para la recuperación del Sb. / [CA] Esta Tesi Doctoral se centra en la recuperació mitjançant electrodeposició del Sb present en un efluent residual provinent de la metal·lúrgia del coure. L'efluent en què es basa este estudi es produïx en el procés de regeneració amb HCl concentrat de les resines d'intercanvi iònic d'una de les subetapes de l'electro-refinat del coure. Es tracta d'un electròlit àcid que conté diverses impureses, entre les quals destaquen, Sb i Bi, que són considerats matèries primeres crítiques per la Unió Europea, a causa del risc de subministrament que presenten i a la seua importància en l'economia. L'objectiu d'esta Tesi és la recuperació del Sb i la reutilització de l'HCl. Per assolir aquests dos propòsits s'ha estudiat l'ús de l'electrodeposició com a operació de separació per al tractament de l'efluent. Este procés s'ha investigat mitjançant tècniques electroquímiques, en particular, voltametria cíclica i de rastreig lineal. En primer lloc, s'ha realitzat l'estudi amb dissolucions sintètiques que emulen l'efluent generat a les metal·lúrgies xilenes. La caracterització electroquímica de la dissolució de Sb en medi HCl ha evidenciat que la reducció del Sb(III) a Sb metàl·lic està limitada per la transferència de matèria i que una concentració elevada de HCl afavorix la recuperació del Sb. Els assajos d'electrodeposició han destacat la rellevància de les reaccions secundàries, la reacció d'evolució de l'hidrogen (HER) i la generació de clor, i la seua influència negativa sobre la deposició de Sb. La HER té lloc al càtode i comporta la generació de bambolles d'hidrogen a elevades densitats de corrent, la qual cosa reduïx la superfície útil de l'elèctrode de treball i fins i tot causa el despreniment del depòsit de Sb. Per la seua banda, la generació de clor gas a l'ànode provoca la redissolució dels depòsits de Sb despresos a causa de la HER. Després de la realització d'estos assajos s'ha conclòs que es pot augmentar la taxa de recuperació de Sb si es tenen majors concentracions de l'element en la dissolució o si es milloren les condicions hidrodinàmiques. S'ha analitzat també com influïx la presència de Bi en la dissolució sintètica durant l'electrodeposició del Sb. El potencial de reducció dels dos elements és similar, la qual cosa implica que la recuperació individual de Sb siga complexa. No obstant això, si es treballa sota condicions en què no se supere la densitat de corrent límit del sistema, s'aconseguix una elevada selectivitat cap al Sb. Si la concentració de Bi en la dissolució és superior a la de Sb, s'electrodepositen ambdós elements, però s'aconseguix un elevat valor d'eficiència de corrent pel fet que la influència de la HER sobre el Bi no és tan forta. A continuació, s'ha estudiat l'aplicació de les tècniques prèviament analitzades amb un efluent real, facilitat per una empresa espanyola. S'ha verificat que les conclusions obtingudes amb les dissolucions sintètiques són aplicables al efluent real. En particular, s'ha confirmat que, en augmentar la densitat de corrent aplicada, la deposició de Sb es veu minvada a causa de la rellevància de la resta de reaccions: la reducció dels altres elements i l'evolució del medi. Els depòsits obtinguts contenen alguns dels elements presents en el efluent real: Sb, Bi, As i Cu, sent majoritari el primer. Com a resultat, s'ha conclòs que és possible purificar l'HCl mitjançant l'electrodeposició dels elements continguts en l'electròlit. Finalment, s'ha plantejat la possibilitat de substituir l'HCl emprat com regenerant per un dissolvent eutèctic profund, a causa de l'alta solubilitat de metalls i la seua procedència de fonts renovables. En particular, la investigació s'ha dut a terme amb l'oxalina, la qual presenta una elevada capacitat de dissolució per al Sb i una àmplia finestra de potencial que beneficiaria l'aplicació de la tècnica d'electrodeposició per a la recuperació del Sb captat durant el procés de regeneració de les resines. / [EN] This Doctoral Thesis focuses on the recovery by electrodeposition of Sb present in an effluent from the copper metallurgy. The effluent on which this study is based is generated during the regeneration with concentrated hydrochloric acid of the ion exchange resins used in one of the sub-stages of copper electro-refining. It is an acid electrolyte containing several impurities, among them, Sb and Bi, which are considered critical raw materials by the European Union due to their supply risk and economic relevance. The aim of this Thesis is the recovery of Sb and reuse of HCl. To achieve both objectives, electrodeposition has been studied as a separation operation for the treatment of the effluent. This operation has been investigated through electrochemical techniques, primarily, cyclic and linear sweep voltammetry. First, the study has been conducted with synthetic solutions emulating the effluent generated in the Chilean metallurgy industries. The electrochemical characterization of the Sb solution in the HCl medium has shown that, mass-transfer limits the reduction of Sb(III) to metallic Sb and a high HCl concentration favors the recovery of Sb. From the electrodeposition tests the relevance and negative influence on Sb deposition of the secondary reactions, the hydrogen evolution reaction (HER) and the chlorine generation, has been proven. The HER occurs at the cathode and involves the generation of hydrogen bubbles at high current densities, which decrease the effective surface area of the working electrode and even cause the detachment of the Sb deposits. The chlorine generation at the anode leads to the redissolution of the Sb deposits detached by the HER. After conducting these experiments, it has been concluded that it is possible to increase the Sb recovery rate, if higher concentrations of this element are present in the solution or the hydrodynamic conditions of the electrodeposition process are improved. The influence of the presence of Bi in the synthetic solution on the Sb electrodeposition has also been investigated. The reduction potential of both elements is similar, implying that the individual recovery of Sb by electrodeposition is challenging. However, if the operating conditions do not imply exceeding the limiting current density of the system, a high electrodeposition selectivity towards Sb is achieved. If the concentration of Bi in the solution is higher than that of Sb, the simultaneous electrodeposition of both elements takes place, but, on the contrary, a high value of current efficiency is obtained because the influence of the HER on Bi reduction is not as significant as that on Sb deposition. The application of the previously analyzed techniques has been studied with a real effluent, that was provided by a Spanish company. It has been proven that the conclusions obtained with the synthetic solutions can be applied to a real effluent. It has been confirmed that, as the applied current density increases, the Sb deposition worsens due to the relevance of the other reactions that take place during the process: the reduction of the other elements and the evolution of the medium. The deposits obtained contain some elements present in the real effluent: Sb, Bi, As and Cu, the most significant being the first. From this study, it has been concluded that purifying the HCl by removing the elements contained in the electrolyte via electrodeposition is possible. Finally, the possibility of replacing the HCl used as a regenerant with a deep eutectic solvent has been considered based on their properties, among which are a high solubility of metals and their synthesis from renewable sources. In particular, the research has been carried out with oxaline, which presents a high dissolution capacity for Sb and a wide potential window that would benefit the application of the electrodeposition technique to recover Sb captured during the resins regeneration process. / Me gustaría agradecer la financiación a la Agencia Estatal de Investigación (AEI/10.13039/501100011033) (España) bajo el proyecto PCI2019-103535, gracias al cual he podido desarrollar la presente Tesis Doctoral, y a FEDER Una manera de hacer Europa / Hernández Pérez, L. (2024). Estudio electroquímico para la recuperación de antimonio de efluentes del electro-refinado de cobre por electrodeposición [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203892