Valorización de residuos y de biomasa mediante técnicas respetuosas con el medio ambiente
- Autores: Camilla Maria Cova
- Directores de la Tesis: Rafael Luque Álvarez de Sotomayor (dir. tes.), Antonio Pineda Pineda (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: E. Rodríguez Castellón (presid.), Alina-Mariana Balu (secret.), Gian Luca Chiarello (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Fina por la Universidad de Córdoba
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. introducción o motivación de la tesis La Tesis Doctoral se centró en el desarrollo de nuevos nanomateriales para la transformación catalítica de la biomasa y residuos a compuestos de alto valor añadido mediante tecnicas avanzadas. Estas metodologías se diseñaron en base a procedimientos no convencionales y respetuosos con el medio ambiente combinados con tecnologías que ofrecen características ecológicas y de bajo impacto energético.
2.contenido de la investigación En el primer trabajo, “Microwave-assisted preparation of Ag/Ag2S carbon hybrid structures from pig bristles as efficient HER catalysts”, se sintetizó con éxito una serie de heteroestructuras de carbón Ag/Ag2S mediante un procedimiento asistido por microondas. Su preparación se realizó empleando nitrato de plata como precursor de plata en distintas cantidades y una cantidad fija de cerdas de cerdo como fuente de carbono y azufre, dando como resultado una serie de materiales con diferentes relaciones Ag (0)/Ag (I). De esta forma, la síntesis asistida por microondas se reveló como una metodología simple, innovadora y eficiente, permitiendo la explotación de desechos de cerdas de cerdo como fuente no tóxica de carbono y azufre en lugar de sustancias tóxicas y peligrosas (por ejemplo, tioles y H2S) [1-2]. La presencia de plata metálica y sulfuro de plata se observó mediante la técnica de difracción de Rayos-X (DRX). Mediante el análisis de espectroscopía fotoelectrónica de rayos-X (XPS), ha sido establecido una relación Ag(0)/Ag(I), la cual muestra una dependencia linear en función de la relación cerdas de cerdo/nitrato de plata. La utilización de este material en procesos electrocatalíticos ha sido prometedora, en particular, para la reacción de producción de hidrogeno (HER). Los valores de densidad de corriente se encontraron linealmente correlacionados con la relación Ag(0)/Ag(I), la cual podría controlarse con esta metodología. La muestra con mejor actividad catalítica ha permitido la producción de 10 mA cm 2 de densidad de corriente a un potencial aplicado de -0,190 V.
En el trabajo “A sustainable approach for the synthesis of catalytically active peroxidase-mimic ZnS catalysts”, se ha presentado una metodología para la preparación de ZnS utilizando cerdas de cerdo, un desecho económico y ampliamente disponible lleno de carbono y azufre. En concreto, los nanomateriales han sido sintetizados utilizando cinc dihidrato y cerdas de cerdo, llevando a cabo la síntesis en diferentes tiempos de preparaciones (1 hora, 3 horas, 5 horas). La metodología incluyó un procedimiento de reflujo fácil y de bajo costo. La metodología ha incluido un paso de ebullición, resultando en una preparación fácil, económica y rápida (cerdas de cerdo y precursor de cinc en una solución acuosa de KOH). Los materiales sintetizados fueron caracterizados mediante diferentes técnicas que incluyeron la difracción de rayos-X (DRX), adsorción-desorción de N2, microscopía electrónica de barrido con detector de energía dispersiva rayos-X para el análisis elemental (SEM-EDX) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos-X (XPS). La estructura cristalina de ZnS se demostró mediante las técnicas de DRX y XPS. Los nanocatalizadores sintetizados mostraron una actividad catalítica elevada, así como estabilidad química en las reacciones de oxidación selectiva de tolueno y alcohol bencílico a benzaldehído (compuesto ampliamente utilizado en las industrias de fragancias y perfumería) [3-4]. Finalmente, se llevó a cabo el estudio de la reusabilidad de los nanocatalizadores en ambas reacciones demostrando la estabilidad de estos bajo las condiciones de reacción investigadas, así como una casi idéntica actividad catalítica tras cuatro ciclos de reacción.
El último trabajo “Efficient Ru-based scrap waste automotive converter catalysts for the continuos-flow selective hydrogenation of cinnamaldehyde” demonstró el potencial de un residuo industrial, los núcleos cerámicos usados de los convertidores del coche (CATs) como materiales de soporte de bajo costo y alta estabilidad. Más en detalle, los CAT se usaron como material de soporte para la preparación directa de catalizadores basados en nano-rutenio. Los materiales fueron sintetizados mediante molienda mecanoquímica seguida de una reducción química. Las propiedades fisicoquímicas de los materiales fueron investigadas mediante las técnicas de DRX, fisisorción de N2, SEM-EDX, espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), microscopía electrónica de transmisión (TEM/HRTEM). Los catalizadores sintetizados fueron probados en la hidrogenación selectiva de cinemaldehído mediante flujo continuo [5-6]. Se optimizaron distintos parámetros que incluyeron la presión de H2, temperatura, flujo y contenido en rutenio. La actividad catalítica de los materiales Ru/CATs fue comparada con otros catalizadores de rutenio soportados en distintos materiales, SiO2, Al2O3 y Al2O3 activado, sintetizados mediante la misma metodología mecanoquímica. Los resultados muestran que los catalizadores Ru/CATs poseen excelentes prestaciones catalíticas y buena estabilidad sin mostrar cambios en la conversión y selectividad con el tiempo en el flujo, demostrando una sinergia entre el rutenio y el convertidor catalítico usado de coche. Finalmente, las credenciales verdes de toda la metodología fueran evaluadas calculando el factor E del protocolo.
3.conclusión En conclusión, se demostró el potencial que presentan los procesos de microondas, mecanoquímica y química de flujo en el desarollo y en la aplicación de nuevos materiales derivados de biomasa y desechos.
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