Crystal structure and phase transition studies in perovskite-type oxides using powder-diffraction techniques and symmetry-mode analysis : SrLnMRuO6 (Ln=La,Pr,Nd; M=Zn,Co,Mg,Ni,Fe) and ALn2CuTi2O9 (A=Ca,Ba; Ln=La,Pr,Nd,Sm)

La tesis se ha centrado en la síntesis y caracterización estructural de materiales tipo perovskita: SrLnMRuO6 (Ln=La,Pr,Nd; M=Zn,Co,Mg,Ni,Fe) y ALn2CuTi2O9 (A=Ca,Ba; Ln=La,Pr,Nd,Sm). El estudio de las estructuras de los materiales se ha realizado mediante el análisis de los patrones de difracción en polvo de rayos-X, sincrotrón y/o neutrones. En el refinamiento por el método de Rietveld de las estructuras se han sustituido las coordenadas atómicas (el método más común), por coordenadas colectivas: las amplitudes de los modos que describen la distorsión de la fase prototipo. Los resultados generales para la serie SrLnMRuO6 (Ln=La,Pr,Nd; M=Zn,Co,Mg,Ni) a temperatura ambiente se ha recogido en un diagrama en el que se han indicado las amplitudes de los modos que transforman de acuerdo a las irreps en función del factor de tolerancia, ya que todos ellos cristalizan en la misma fase monoclínica (P21/n); y a temperaturas altas se ha construido un diagrama de fase. Los materiales SrLnFeRuO6 ( Ln=La,Pr,Nd) y CaLn2CuTi2O9 cristalizan en la fase ortorrómbica Pbnm a temperatura ambiente; mientras que BaLn2CuTi2O9 tienen una estructura más simétrica, I4/mcm. A altas temperaturas se han identificado las transiciones de fase inducidas por el cambio de temperatura.A temperaturas bajas se han analizado las estructuras magnéticas de algunos de los compuestos mediante difracción de neutrones.

Estudio de las estructuras cristalinas y de las transiciones de fase en nuevos materiales de wolframio (SrM2+W6+O) y de antimonio (AM3+Sb5+O) con estructura de perovskita doble.

Los óxidos mixtos con estructura tipo perovskita doble A2BBO6 presentan gran interés desde el punto de vista científico y tecnológico debido a la gran variedad de propiedades que poseen: superconductoras, catalíticas, magnéticas y magnetorresistentes, por ejemplo. La temperatura es un variable que permite modificar la simetría de la estructura cristalina y, consecuentemente, las propiedades físicas del material. El trabajo describe la síntesis, caracterización estructural y de las transiciones de fase en nuevos materiales de dos familias de perovskitas dobles: la familia de wolframio (Sr2M2+W6+O6) y la familia de antimonio (A2M3+Sb5+O6). Se ha llevado a cabo la síntesis de 29 compuestos, 22 de ellos sintetizados por primera vez. Los compuestos se han caracterizado mediante técnicas de difracción de rayos X y de neutrones, determinando su estructura cristalina a temperatura ambiente, así como las posibles transiciones de fase a bajas y altas temperaturas, y en algunos casos, también las estructuras de altas y bajas temperaturas. Los materiales de la familia de wolframio estudiados en este trabajo presentan un ordenamiento total entre los cationes M2+ y W6+ en los sitios B y B de la perovskita doble (A2BBO6); y presentan, además, una única secuencia de transiciones de fase a altas temperaturas: P21/n -> I4/m -> Fm3m. Las temperaturas de las transiciones de fase observadas en estos compuestos en función del factor de tolerancia (t), muestran una tendencia general de disminución según t se aproxima a 1. En esta familia, se observa, también, que el rango de existencia de la fase tetragonal intermedia es más amplio para valores de t mayores. Con respecto de la familia de antimonio, el ordenamiento catiónico en los sitios A y B, de una parte, y en los sitios B y B de otra, depende del tamaño de los cationes. Los compuestos de esta familia presentan una gran variedad de grupos espaciales a temperatura ambiente: P2_1 /n, I2/m, I4/m, R-3 y Fm-3m. Además, dependiendo de la diferencia entre los tamaños de los cationes M^3+ y Sb^5+ , los compuestos presentan dos secuencias de transiciones de fase en todo el rango de temperatura: P21/n->I2/m->I4/m->Fm-3m, la misma que en la familia del wolframio pero con una simetría intermedia monoclínica I2/m (compuestos con cationes M^3+ de tamaños similares al del Sb^5+ ); y P21/n -> R-3 -> Fm-3m, con una simetría intermedia trigonal en vez de tetragonal, como en la familia del wolframio (compuestos con cationes M3+ de tamaños mayores que el del Sb5+ ). En esta familia, las temperaturas de las transiciones de fase disminuyen conforme aumenta t.

Optimization of the pyrolysis process for the production of a biomass derived reducing agent and hydrogen-rich gases

221 p.

Intercambio iónico en estado sólido de cobre sobre zeolitas

La creciente preocupación por reducir las emisiones de CO2, responsable entre otros del efecto invernadero, ha promovido el desarrollo de vehículos de bajo consumo de combustible, como son los vehículos ligeros, híbridos y vehículos con motores diésel. Los motores diésel tienen varias ventajas sobre los motores de gasolina: menor consumo de combustible (menor producción de CO2), mayor par motor y mayor durabilidad. Sin embargo, la efectividad de los catalizadores de estos vehículos a la hora de eliminar los NOx producidos durante la combustión es limitada, por lo que se buscan nuevas alternativas a los catalizadores clásicos, que puedan eliminar en mayor medida estos compuestos, como la tecnología SCR. Los catalizadores estudiados para esta tecnología son zeolitas intercambiadas con metales de transición, como son el Cu o el Fe, puesto que presentan una muy buena relación entre conversión de los NOx y estabilidad a altas temperaturas.

Modern advances in glass-coated microwires: A significant distinction as a soft magnet

174 p.

Influencia de las bajas temperaturas en la supervivencia y el perfil proteico de Vibrio harveyi

Poster presentado al XXII Congreso Nacional de Microbiología celebrado en Salamanca los días 11-14 julio de 2011.

Liberación de compuestos al medio circundante durante la supervivencia a bajas temperaturas en Vibrio harveyi

Vibrio harveyi es considerado como una de las especies más relevantes del género Vibrio debido a su capacidad para infectar peces marinos e invertebrados. Estudios previos han demostrado que la respuesta de V. harveyi ante condiciones ambientales adversas (p.e. disminución de la temperatura) es su entrada en el denominado estado Viable No Cultivable (VNC), representando este estado una estrategia de supervivencia para algunas bacterias no diferenciadas. Se ha estudiado la respuesta de este microorganismo durante su incubación a bajas temperaturas (4˚C) utilizando como soporte tanto agua de mar como sobrenadantes recogidos en experiencias de superviviencia previas. V. harveyi presenta un patrón similar durante su incubación en agua de mar como en fases tempranas de estudio en sobrenadantes. Sin embargo, en fases tardías de estudio se ha comprobado que se retrasa su entrada en el estado VNC. Estos resultados sugieren que estas poblaciones podrían liberan compuestos al medio para favorecer su supervivencia bajo condiciones ambientales adversas.

Desarrollo de composites de base de nanoparticulas de FeNi obtenidas por el metodo de explosion de hilo para alas aplicaciones de altas frecuencias

Actualmente ningún área científica es ajena a la revolución de la nanociencia; las nanopartículas atraen el interés de muchos investigadores desde el punto de vista de la ciencia fundamental y para sus aplicaciones tecnológicas. Las nanopartículas ofrecen la posibilidad de fabricar sensores que sean capaces de detectar desde un virus hasta concentraciones de substancias patógenas que no pueden ser detectadas por los métodos convencionales. Hoy en día existes 82 tratamientos contra el cáncer basadas en la utilización de nanopartículas y los materiales composite con nanopartículas se utilizan como medio de protección frente a la radiación del rango de microondas. En la rama de ciencias ambientales, las nanopartículas metálicas sirven como materiales anticontaminantes. En la primera etapa de este trabajo, se ha estudiado la estructura cristalina y las propiedades magnéticas de las nanopartículas de FeNi, obtenidas por el método EEW, compactadas en forma de toroide. Para el aprendizaje del difractometro utilizado para este trabajo y el método de difracción de Rayos-X, se ha asistido al curso “Caracterización de materiales mediante DRX-P” impartido por SGIker de la UPV/EHU. Con la técnica de Rayos-X se ha determinado que el toroide consiste en dos fases: el FeNi metálico y el NiFe2O4. Ambos se cristalizan en un sistema cúbico FCC. Se ha determinado un valor de 50 nm del tamaño de dominio coherente de difracción en la superficie del toroide y aproximadamente el doble en el interior. Se han empleado los microscopios electrónicos SEM y TEM para obtener imágenes de gran resolución de la muestra y analizar su contenido elemental. Se puede apreciar que el toroide, efectivamente, es el fruto de la compactación de nanopartículas de alrededor de 60 nm. Para la caracterización magnética se ha utilizado el “trazador de ciclos” y el magnetómetro de muestra vibrante. Consiguiendo un valor de saturación, en uno de los toroides, de 140 emu/g con la aplicación de un campo magnético de 0.15 kOe. Estos valores dependen de los tratamientos recibidos. En la segunda etapa, se han realizado distintas mezclas de polímetro y nanopartículas para obtener los composites en forma de lámina y analizar su capacidad de absorción frente a la radiación en el rango de microondas. Todas las medidas de absorción en función del campo magnético externo muestran una absorción pronunciada en el campo cero y un desplazamiento a la izquierda del pico de resonancia respecto a la posición esperada para partículas esféricas. Dicho desplazamiento se interpreta, aparte de otros mecanismos, como el resultado de la existencia de la estructura cristalina tipo “gemelos” en algunas nanopartículas. La absorción en campo cero y el ensanchamiento de la línea de resonancia ferromagnética de los composites tipo polímero/nanopartículas de FeNi forman una solida base de las posibles aplicaciones de estos materiales como absorbentes en el rango de microondas.

Advanced Reaction Systems for Hydrogen Production

[EN] This PhD work started in March 2010 with the support of the University of the Basque Country (UPV/EHU) under the program named “Formación de Personal Investigador” at the Chemical and Environmental Engineering Department in the Faculty of Engineering of Bilbao. The major part of the Thesis work was carried out in the mentioned department, as a member of the Sustainable Process Engineering (SuPrEn) research group. In addition, this PhD Thesis includes the research work developed during a period of 6 months at the Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH, IMM, in Germany. During the four years of the Thesis, conventional and microreactor systems were tested for several feedstocks renewable and non-renewable, gases and liquids through several reforming processes in order to produce hydrogen. For this purpose, new catalytic formulations which showed high activity, selectivity and stability were design. As a consequence, the PhD work performed allowed the publication of seven scientific articles in peer-reviewed journals. This PhD Thesis is divided into the following six chapters described below. The opportunity of this work is established on the basis of the transition period needed for moving from a petroleum based energy system to a renewable based new one. Consequently, the present global energy scenario was detailed in Chapter 1, and the role of hydrogen as a real alternative in the future energy system was justified based on several outlooks. Therefore, renewable and non-renewable hydrogen production routes were presented, explaining the corresponding benefits and drawbacks. Then, the raw materials used in this Thesis work were described and the most important issues regarding the processes and the characteristics of the catalytic formulations were explained. The introduction chapter finishes by introducing the concepts of decentralized production and process intensification with the use of microreactors. In addition, a small description of these innovative reaction systems and the benefits that entailed their use were also mentioned. In Chapter 2 the main objectives of this Thesis work are summarized. The development of advanced reaction systems for hydrogen rich mixtures production is the main objective. In addition, the use and comparison between two different reaction systems, (fixed bed reactor (FBR) and microreactor), the processing of renewable raw materials, the development of new, active, selective and stable catalytic formulations, and the optimization of the operating conditions were also established as additional partial objectives. Methane and natural gas (NG) steam reforming experimental results obtained when operated with microreactor and FBR systems are presented in Chapter 3. For these experiments nickel-based (Ni/Al2O3 and Ni/MgO) and noble metal-based (Pd/Al2O3 and Pt/Al2O3) catalysts were prepared by wet impregnation and their catalytic activity was measured at several temperatures, from 973 to 1073 K, different S/C ratios, from 1.0 to 2.0, and atmospheric pressure. The Weight Hourly Space Velocity (WHSV) was maintained constant in order to compare the catalytic activity in both reaction systems. The results obtained showed a better performance of the catalysts operating in microreactors. The Ni/MgO catalyst reached the highest hydrogen production yield at 1073 K and steam-to-carbon ratio (S/C) of 1.5 under Steam methane Reforming (SMR) conditions. In addition, this catalyst also showed good activity and stability under NG reforming at S/C=1.0 and 2.0. The Ni/Al2O3 catalyst also showed high activity and good stability and it was the catalyst reaching the highest methane conversion (72.9 %) and H2out/CH4in ratio (2.4) under SMR conditions at 1073 K and S/C=1.0. However, this catalyst suffered from deactivation when it was tested under NG reforming conditions. Regarding the activity measurements carried out with the noble metal-based catalysts in the microreactor systems, they suffered a very quick deactivation, probably because of the effects attributed to carbon deposition, which was detected by Scanning Electron Microscope (SEM). When the FBR was used no catalytic activity was measured with the catalysts under investigation, probably because they were operated at the same WHSV than the microreactors and these WHSVs were too high for FBR system. In Chapter 4 biogas reforming processes were studied. This chapter starts with an introduction explaining the properties of the biogas and the main production routes. Then, the experimental procedure carried out is detailed giving concrete information about the experimental set-up, defining the parameters measured, specifying the characteristics of the reactors used and describing the characterization techniques utilized. Each following section describes the results obtained from activity testing with the different catalysts prepared, which is subsequently summarized: Section 4.3: Biogas reforming processes using γ-Al2O3 based catalysts The activity results obtained by several Ni-based catalysts and a bimetallic Rh-Ni catalyst supported on magnesia or alumina modified with oxides like CeO2 and ZrO2 are presented in this section. In addition, an alumina-based commercial catalyst was tested in order to compare the activity results measured. Four different biogas reforming processes were studied using a FBR: dry reforming (DR), biogas steam reforming (BSR), biogas oxidative reforming (BOR) and tri-reforming (TR). For the BSR process different steam to carbon ratios (S/C) from 1.0 to 3.0, were tested. In the case of BOR process the oxygen-to-methane (O2/CH4) ratio was varied from 0.125 to 0.50. Finally, for TR processes different S/C ratios from 1.0 to 3.0, and O2/CH4 ratios of 0.25 and 0.50 were studied. Then, the catalysts which achieved high activity and stability were impregnated in a microreactor to explore the viability of process intensification. The operation with microreactors was carried out under the best experimental conditions measured in the FBR. In addition, the physicochemical characterization of the fresh and spent catalysts was carried out by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES), N2 physisorption, H2 chemisorption, Temperature Programmed Reduction (TPR), SEM, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-ray powder Diffraction (XRD). Operating with the FBR, conversions close to the ones predicted by thermodynamic calculations were obtained by most of the catalysts tested. The Rh-Ni/Ce-Al2O3 catalyst obtained the highest hydrogen production yield in DR. In BSR process, the Ni/Ce-Al2O3 catalyst achieved the best activity results operating at S/C=1.0. In the case of BOR process, the Ni/Ce-Zr-Al2O3 catalyst showed the highest reactants conversion values operating at O2/CH4=0.25. Finally, in the TR process the Rh-Ni/Ce-Al2O3 catalyst obtained the best results operating at S/C=1.0 and O2/CH4=0.25. Therefore, these three catalysts were selected to be coated onto microchannels in order to test its performance under BOR and TR processes conditions. Although the operation using microreactors was carried out under considerably higher WHSV, similar conversions and yields as the ones measured in FBR were measured. Furthermore, attending to other measurements like Turnover Frequency (TOF) and Hydrogen Productivity (PROD), the values calculated for the catalysts tested in microreactors were one order of magnitude higher. Thus, due to the low dispersion degree measured by H2-chemisorption, the Ni/Ce-Al2O3 catalyst reached the highest TOF and PROD values. Section 4.4: Biogas reforming processes using Zeolites L based catalysts In this section three type of L zeolites, with different morphology and size, were synthesized and used as catalyst support. Then, for each type of L zeolite three nickel monometallic and their homologous Rh-Ni bimetallic catalysts were prepared by the wetness impregnation method. These catalysts were tested using the FBR under DR process and different conditions of BSR (S/C ratio of 1.0 and 2.0), BOR (O2/CH4 ratio of 0.25 and 0.50) and TR processes (at S/C=1.0 and O2/CH4=0.25). The characterization of these catalysts was also carried out by using the same techniques mentioned in the previous section. Very high methane and carbon dioxide conversion values were measured for almost all the catalysts under investigation. The experimental results evidenced the better catalytic behavior of the bimetallic catalysts as compared to the monometallic ones. Comparing the catalysts behavior with regards to their morphology, for the BSR process the Disc catalysts were the most active ones at the lowest S/C ratio tested. On the contrary, the Cylindrical (30–60 nm) catalysts were more active under BOR conditions at O2/CH4=0.25 and TR processes. By the contrary, the Cylindrical (1–3 µm) catalysts showed the worst activity results for both processes. Section 4.5: Biogas reforming processes using Na+ and Cs+ doped Zeolites LTL based catalysts A method for the synthesis of Linde Type L (LTL) zeolite under microwave-assisted hydrothermal conditions and its behavior as a support for heterogeneously catalyzed hydrogen production is described in this section. Then, rhodium and nickel-based bimetallic catalysts were prepared in order to be tested by DR process and BOR process at O2/CH4=0.25. Moreover, the characterization of the catalysts under investigation was also carried out. Higher activities were achieved by the catalysts prepared from the non-doped zeolites, Rh-Ni/D and Rh-Ni/N, as compared to the ones supported on Na+ and Cs+ exchanged supports. However, the differences between them were not very significant. In addition, the Na+ and Cs+ incorporation affected mainly to the Disc catalysts. Comparing the results obtained by these catalysts with the ones studied in the section 4.4, in general worst results were achieved under DR conditions and almost the same results when operated under BOR conditions. In Chapter 5 the ethylene glycol (EG) as feed for syngas production by steam reforming (SR) and oxidative steam reforming (OSR) was studied by using microchannel reactors. The product composition was determined at a S/C of 4.0, reaction temperatures between 625°C and 725°C, atmospheric pressure and Volume Hourly Space Velocities (VHSV) between 100 and 300 NL/(gcath). This work was divided in two sections. The first one corresponds to the introduction of the main and most promising EG production routes. Then, the new experimental procedure is detailed and the information about the experimental set-up and the measured parameters is described. The characterization was carried out using the same techniques as for the previous chapter. Then, the next sections correspond to the catalytic activity and catalysts characterization results. Section 5.3: xRh-cm and xRh-np catalysts for ethylene glycol reforming Initially, catalysts with different rhodium loading, from 1.0 to 5.0 wt. %, and supported on α-Al2O3 were prepared by two different preparation methods (conventional impregnation and separate nanoparticle synthesis). Then, the catalysts were compared regarding their measured activity and selectivity, as well as the characterization results obtained before and after the activity tests carried out. The samples prepared by a conventional impregnation method showed generally higher activity compared to catalysts prepared from Rh nanoparticles. By-product formation of species such as acetaldehyde, ethane and ethylene was detected, regardless if oxygen was added to the feed or not. Among the catalysts tested, the 2.5Rh-cm catalyst was considered the best one. Section 5.4: 2.5Rh-cm catalyst support modification with CeO2 and La2O3 In this part of the Chapter 5, the catalyst showing the best performance in the previous section, the 2.5Rh-Al2O3 catalyst, was selected in order to be improved. Therefore, new Rh based catalysts were designed using α-Al2O3 and being modified this support with different contents of CeO2 or La2O3 oxides. All the catalysts containing additives showed complete conversion and selectivities close to the equilibrium in both SR and OSR processes. In addition, for these catalysts the concentrations measured for the C2H4, CH4, CH3CHO and C2H6 by-products were very low. Finally, the 2.5Rh-20Ce catalyst was selected according to its catalytic activity and characterization results in order to run a stability test, which lasted more than 115 hours under stable operation. The last chapter, Chapter 6, summarizes the main conclusions achieved throughout this Thesis work. Although very high reactant conversions and rich hydrogen mixtures were obtained using a fixed bed reaction system, the use of microreactors improves the key issues, heat and mass transfer limitations, through which the reforming reactions are intensified. Therefore, they seem to be a very interesting and promising alternative for process intensification and decentralized production for remote application.

Análisis de tendencias de temperaturas extremas (mínimas y máximas diarias) y eventos extremos (olas de frío y de calor) en la Cornisa Cantábrica (1924-2014).

[ES]En este trabajo se han analizado las tendencias de las temperaturas extremas y los eventos extremos en la Cornisa Cantábrica a partir de los registros diarios de catorce observatorios de la base de datos NCDC-GSOD (1973-2014) y cuatro observatorios centenarios también situados en esta región de ECA&D (1928-2014). Para ello, se han calculado los índices climáticos desarrollados por el ETCCDMI y se ha cuantificado la significación de las tendencias mediante el test de Mann-Kendall. Se ha observado un ascenso de las temperaturas extremas y eventos extremos en la mayoría de las estaciones, siendo el aumento más acusado a lo largo de los últimos cuarenta años

Evaluación de los cambios en las temperaturas máximas, mínimas y medias diarias en la Cornisa Cantábrica (1928-2013): influencia de la NAO en la variabilidad observada.

[ES]Se ha estudiado la variabilidad de la temperatura en la Cornisa Cantábrica en el periodo 1928-2013 analizando los índices de la temperatura máxima, mínima y media, el rango diario de temperaturas y el número de días de helada. Asimismo se ha analizado la influencia que tiene el índice NAO sobre la temperatura. Para su evaluación se han utilizado las bases de datos de catorce observatorios atmosféricos, un observatorio marítimo y el índice NAO mensual de Hurrell. Se ha observado que la temperatura de la Cornisa Cantábrica ha aumentado sobre todo en las últimas cuatro décadas, siendo mayor el incremento de la temperatura máxima que el de la mínima (1973-2013). Además, la temperatura marítima del Este del mar Cantábrico ha ascendido a un ritmo de 0,197°C dec-1. El índice NAO no muestra relación con la variabilidad de la temperatura.

Dependencia térmica del disponible metabólico para la actividad en bivalvos aclimatados a distintas temperaturas

[es]Para la realización del presente estudio, se utilizaron 50 ejemplares de Ruditapes Decussatus o almeja fina y otros 50 de Ruditapes Philippinarum o almeja japonesa, recogidas y seleccionadas por mariscadores profesionales de la Bahía de Santoña (Cantabria). La temperatura influye en las tasas fisiológicas, llegando a generar finalmente alteraciones en el metabolismo del organismo. Por ello, una variable de interés para el estudio se trata de la tasa metabólica, la cual puede ser estimada a través de la medición de la tasa de consumo de oxígeno (VO2). El objetivo final de este estudio es, por tanto, observar el efecto cinético de la temperatura y la aclimatación sobre el metabolismo de ambas especies de almejas, distribuidas en cuatro grupos de estudio (almeja fina y japonesa aclimatadas a 12oC y 22oC), midiendo la VO2 a diferentes temperaturas de exposición (7oC, 12oC, 17oC, 22oC y 27oC). Utilizando el la respirometría como medio para calcular la VO2 y el cálculo de la Q10 para determinar las tasas metabólicas. Los resultados ponen de manifiesto que en tres de los cuatro casos no se observaron diferencias significativas entre el metabolismo rutina y el metabolismo estándar. También se comprobó positivamente el efecto cinético de la temperatura sobre la VO2; así como la presencia de un intervalo de temperaturas, en las que se realiza compensación, más amplio para almeja japonesa que para almeja fina.

Development of advanced catalytic systems for the selective hydrogenolysis of biomass-derived polyols

195 p.