Plasma-enhanced chemical vapor deposition of boron nitride thin films from B2H6-H2-NH3 and B2H6-N2 gas mixtures

Highly transparent and stoichiometric boron nitride (BN) films were deposited on both electrodes (anode and cathode) of a radio-frequency parallel-plate plasma reactor by the glow discharge decomposition of two gas mixtures: B2H6-H2-NH3 and B2H6-N2. The chemical, optical, and structural properties of the films, as well as their stability under long exposition to humid atmosphere, were analyzed by x-ray photoelectron, infrared, and Raman spectroscopies; scanning and transmission electron microscopies; and optical transmittance spectrophotometry. It was found that the BN films grown on the anode using the B2H6-H2-NH3 mixture were smooth, dense, adhered well to substrates, and had a textured hexagonal structure with the basal planes perpendicular to the film surface. These films were chemically stable to moisture, even after an exposition period of two years. In contrast, the films grown on the anode from the B2H6-N2 mixture showed tensile stress failure and were very unstable in the presence of moisture. However, the films grown on the cathode from B2H6-H2-NH3 gases suffered from compressive stress failure on exposure to air; whereas with B2H6-N2 gases, adherent and stable cathodic BN films were obtained with the same crystallographic texture as anodic films prepared from the B2H6-H2-NH3 mixture. These results are discussed in terms of the origin of film stress, the effects of ion bombardment on the growing films, and the surface chemical effects of hydrogen atoms present in the gas discharge.

Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Comparació de tres reactors discontinus seqüencials (SBR) amb diferents condicions operacionals

La producció de biopolímers (polihidroxialcanoats (PHA) i substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS)) a nivell industrial, resulta una nova àrea d’investigació que recull diverses disciplines, entre elles les Ciències Ambientals. Aquest projecte final de carrera amb el títol: “Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes”, s’ha desenvolupat sota la supervisió de la directora de projecte Dra. María Eugenia Suárez Ojeda del Departament d’Enginyeria Química de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i s’ha dut a terme per l’estudiant Jordi Pérez i Forner de la Llicenciatura de Ciències Ambientals, Facultat de Ciències de la UAB, en el Departament d’Enginyeria Química de la mateixa universitat. L’objectiu d’aquest projecte ha estat produir biopolímers simultàniament amb l’eliminació de fòsfor i matèria orgànica en aigües residuals per obtenir un residu final amb un alt valor afegit. Aquests biopolímers reuneixen les característiques necessàries per a poder competir amb els plàstics convencionals i així, reduir l’elevat consum del petroli i la generació de residus no biodegradables. En aquest projecte s’ha dut a terme la posta en marxa d’un reactor discontinu seqüencial (SBR) per a l’acumulació de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Diferents investigadors han estudiat que aquests tipus de cultius bacterians arriben a nivells de fins el 53-97% [Pijuan et al., 2009] de contingut de biopolímers a la biomassa, sometent als microorganismes a diferents situacions d’estrés ja sigui per dèficit de nutrients o per variacions en les fases de feast-famine (festí-fam). Durant el projecte, s’ha realitzat el monitoratge del reactor alimentat amb una aigua sintètica, elaborada en el laboratori, amb les característiques d’un aigua residual provinent de la industria làctica. S’ha sotmès als microorganismes a diferents condicions operacionals, una d’elles amb limitació de fòsfor com a nutrient i una tercera condició amb una variació a les fases feast-famine. D’altra banda, com a segon objectiu, s’ha analitzat el contingut de biopolímers a la biomassa de dos SBRs més, del grup de recerca Bio-GLS del Departament d’Enginyeria Química de la UAB, alimentats amb diferents fonts de carboni, glicerol i àcids grassos de cadena llarga (AGCLL), per observar les influències que té el tipus de substrat en l’acumulació de biopolímers. Els resultats obtinguts en la primera part d’aquest projecte han estat similars als resultats d’altres investigadors [Pijuan et al., 2009; Guerrero et al., 2012]. S’ha determinat que sotmetre als microorganismes a situacions d’estrés té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers. També s’ha observat com al mateix temps que acumulaven aquests compostos, els microorganismes desenvolupaven la seva tasca de depurar l’aigua residual, obtenint al final del cicle una aigua amb un baix contingut en matèria orgànica i altres contaminants com amoni i fòsfor, en aquest cas. En la segona part del projecte, s’ha observat com el tipus de substrat té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers i també a l’activitat metabòlica dels microorganismes. Per tant, s’ha conclòs que la producció de biopolímers mitjançant la depuració d’aigües residuals es una via d’investigació molt prometedora pel que fa als resultats obtinguts. Alhora que es tracta un residu, s’obté una producte residual amb un alt valor afegit que pot ser utilitzat per la producció de bioplàstics 100% biodegradables.

Production of nanometric particles in radio frequency glow discharges in mixtures of silane and methane

The formation of silicon particles in rf glow discharges has attracted attention due to their effect as a contaminant during film deposition or etching. However, silicon and silicon alloy powders produced by plasma¿enhanced chemical vapor deposition (PECVD) are promising new materials for sintering ceramics, for making nanoscale filters, or for supporting catalytic surfaces. Common characteristics of these powders are their high purity and the easy control of their stoichiometry through the composition of the precursor gas mixture. Plasma parameters also influence their structure. Nanometric powders of silicon¿carbon alloys exhibiting microstructural properties such as large hydrogen content and high surface/volume ratio have been produced in a PECVD reactor using mixtures of silane and methane at low pressure (-1 Torr) and low frequency square¿wave modulated rf power (13.56 MHz). The a¿Si1¿xCx:H powders were obtained from different precursor gas mixtures, from R=0.05 to R=9, where R=[SiH4]/([SiH4]+[CH4]). The structure of the a¿Si1¿xCx:H powder was analyzed by several techniques. The particles appeared agglomerated, with a wide size distribution between 5 and 100 nm. The silane/methane gas mixture determined the vibrational features of these powders in the infrared. Silicon-hydrogen groups were present for every gas composition, whereas carbon¿hydrogen and silicon¿carbon bonds appeared in methane¿rich mixtures (R-0.6). The thermal desorption of hydrogen revealed two main evolutions at about 375 and 660¿°C that were ascribed to hydrogen bonded to silicon and carbon, respectively. The estimated hydrogen atom concentration in the sample was about 50%.

Nanoparticles in SiH4-Ar plasma: Modelling and comparison with experimental data

Experimental and theoretical investigations for growth of silicon nanoparticles (4 to 14 nm) in radio frequency discharge were carried out. Growth processes were performed with gas mixtures of SiH4 and Ar in a plasma chemical reactor at low pressure. A distinctive feature of presented kinetic model of generation and growth of nanoparticles (compared to our earlier model) is its ability to investigate small"critical" dimensions of clusters, determining the rate of particle production and taking into account the influence of SiH2 and Si2Hm dimer radicals. The experiments in the present study were extended to high pressure (≥20 Pa) and discharge power (≥40 W). Model calculations were compared to experimental measurements, investigating the dimension of silicon nanoparticles as a function of time, discharge power, gas mixture, total pressure, and gas flow.

Dessalinització nuclear : estudi preliminar per l'aplicació a Catalunya

Aquest document pretén donar a conèixer el concepte de dessalinització nuclear, determinar els avantatges i inconvenients a nivell ambiental, així com els costos econòmics i energètics que poden suposar. Podem definir dessalinització nuclear com una planta de dessalinització d’aigua marina que és alimentada pel seu complet funcionament per un reactor nuclear. La planta utilitza tant l’energia elèctrica que es produeix com l’energia calorífica retinguda en l’aigua que surt del reactor. S’ha estructurat el treball en tres parts. La primera és una anàlisi de quin és l’ús que se’n fa a nivell mundial de la tecnologia de dessalinització. S’ofereixen dades de la producció mundial d’aigua dolça a partir d’aquesta tecnologia, en quins països se’n fa més ús i perquè. També es defineixen els tipus de plantes de dessalinització que es poden construir. El segon apartat és un anàlisi històric i d’actualitat de la dessalinització nuclear mundial. S’analitza el perquè del desenvolupament d’aquesta tecnologia i s’estudien les necessitats hídriques que es podran tenir en un futur. Es planteja si aquesta tecnologia pot satisfer-les. S’estudien les onze plantes de dessalinització nuclear que han funcionat. El tercer apartat és un estudi de la possible transformació de les dues plantes dessalinitzadores catalanes en dessalinitzadores nuclears. Es fa un anàlisi de costos energètics i de producció, sense tenir en compte els d’instal·lació. També s’investiga els possibles impactes per contaminació radiològica que podria generar l’aigua produïda amb aquesta tecnologia.

Planta para la producción de caprolactama

El proyecto realizado consiste en la producción de Caprolactama mediante los procesos de amoximación y transposición de Beckmann. El proceso de amoximación consiste en la oximación catalítica de la ciclohexanona, mediante un catalizador de zeolitas, TS1. En la transposición de Beckmann, la ciclohexanona oxima, formada en la amoximación, reacciona con ácido sulfúrico para producir la Caprolactama, al neutralizar el corriente de proceso con amoníaco. Para realizar estos procesos en la planta de Caprolactama, se requiere un reactor catalítico para la amoximación y cuatro reactores para la transposición de Beckmann. Junto a la Caprolactama, en esta planta, se obtiene un subproducto, el sulfato de amonio. También serán necesarias ocho columnas para las separaciones, dos para las extracciones y seis para las destilaciones. Además, se requiere de dos cristalizadores para la obtención del sulfato amónico. Debido a la naturaleza de los compuestos manipulados, es necesario tomar ciertas medidas de seguridad especiales en toda la planta, especialmente para la purificación de la Caprolactama, que utiliza benceno, un disolvente orgánico cancerígeno e inflamable. Este proceso utiliza un sistema de control muy preciso, debido a la complejidad de las reacciones. En el proceso se intenta optimizar tanto el consumo de recursos (reutilización de los disolventes, el tolueno y el benceno) como el consumo energético (aprovechamiento de flujos calientes para precalentar otros fríos, generación de vapor en el reactor y a lo largo del proceso con corrientes que requieren de enfriamiento de caudales elevados a altas temperaturas). A pesar de esto, no se consiguen beneficios económicos, considerándolo así económicamente inviable. Este ha sido el resultado del estudio del flujo de caja de cada año que siempre ha resultado negativo debido a los elevados costes de producción. Todo y que se pueden realizar mejoras en el proceso, el precio de los reactivos y los productos son tan parecidos que estas mejoras no garantizan beneficios para la planta: (1) Utilizar una materia prima de menor coste, como el benceno; (2) Optimizar el proceso incrementando el precio del inmovilizado para disminuir el coste de la producción; (3) Usar otros procesos de producción parecidos o modificar algunos parámetros de los procesos utilizados, por ejemplo, realizar el proceso del Beckmann en fase gas.

Seasonal dynamics and net production of disolved organic carbon in an oligotrophic coastal environment

To understand dissolved organic carbon (DOC) seasonal dynamics in a coastal oligotrophic site in the north-western Mediterranean Sea, we monitored DOC concentrations monthly over 3 yr, together with the meteorological data and the food-web-related biological processes involved in DOC dynamics. Additional DOC samples were taken in several inshore−offshore transects along the Catalan coast. We found DOC concentrations of ~60 µmol C l−1 in winter, with increasing values through the summer and autumn and reaching 100 to 120 µmol C l−1 in November. There was high inter-annual variability in this summer DOC accumulation, with values of 36, 69 and 13 µmol C l−1 for 2006, 2007 and 2008, respectively. The analysis of the microbial food-web processes involved in the DOC balance did not reveal the causes of this accumulation, since the only occasion on which we observed net DOC production (0.3 ± 1 µmol C l−1 d−1 on average) was in 2007, and the negative DOC balance of 2006 and 2008 did not prevent DOC accumulating. The DOC accumulation episodes coincided with low rates of water renewal (average 0.037 ± 0.021 d−1 from May to October) compared with those of winter to early spring (average 0.11 ± 0.048 d−1 from November to April). Indeed, the amount of DOC accumulated each year was inversely correlated with the average summer rainfall. We hypothesize that decreased DOC turn-over due to photochemical or biological processes mostly active during the summer and low water renewal rate combine to determine seasonal DOC accumulation and influence its inter-annual variability.

Equilibrium of the simultaneous etherification ofisobutene and isoamylenes with ethanol inliquid-phase

The simultaneous etherification of isobutene and isoamylenes with ethanol has been studied using macroreticu-lar acid ion-exchange resins as catalyst. Most of the experiments were carried out over Amberlyst-35. In addition,Amberlyst-15 and Purolite CT-275 were also tested. Chemical equilibrium of four chemical reactions was studied:ethyl tert-butyl ether formation, tert-amyl ethyl ether formation from isoamylenes (2-methyl-1-butene and 2-methyl-2-butene) and isomerization reaction between both isoamylenes. Equilibrium data were obtained in a batchwisestirred tank reactor operated at 2.0 MPa and within the temperature range from 323 to 353 K. Experimental molarstandard enthalpy and entropy changes of reaction were determined for each reaction. From these data, the molarenthalpy change of formation of ethyl tert-butyl ether and tert-amyl ethyl ether were estimated. Besides, the chemical equilibrium between both diisobutene dimers, 2,4,4-trimethyl-1-pentene and 2,4,4-trimethyl-2-pentene, wasevaluated. A good agreement between thermodynamic results for the simultaneous etherification carried out in thiswork and those obtained for the isolated ethyl tert-butyl ether and tert-amyl ethyl ether systems was obtained.

Modelització de l'estació depuradora d'aigües residuals de Granollers

Aquest projecte s’emmarca dins els sistemes de sanejament i forma part del projecte GEISTTAR finançat pel Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (CTM2011-27163) liderat per la investigadora Maite Pijuan, el qual te l’objectiu d’estudiar la formació de gasos d’efecte hivernacle que es produeixen en Estacions Depuradores d’Aigües Residuals (EDARs), concretament en el reactor biològic. Una tasca dins el projecte, liderada per l’investigador Lluís Corominas, és la modelització de processos biològics en l’EDAR de Granollers per ajudar a entendre els mecanismes de degradació de matèria orgànica i nitrogen. Aquest treball estableix les bases per poder realitzar aquesta modelització en estat estacionari, seguint els passos proposats pel Good Modelling Practice (GMP) Task Group de la IWA. Els objectius específics que es proposen són l’anàlisi i estudi dels resultats del test de traçadors realitzat per l’Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA) i realitzar una bona recopilació de dades sobre l’EDAR de Granollers per facilitar els estudis posteriors a aquest projecte.

Lixiviacion de concentrados de cobre con alto contenido en arsenico en medio cloro-cloruro

Se ha estudiado la lixiviación de concentrados de cobre con alto contenido de arsénico (hasta 2,5 %), mediante un proceso de oxidación con cloro formado 'in situ', por la reacción entre hipoclorito de sodio y ácido sulfúrico. El objetivo de estas experiencias es producir una solución de lixiviación, de características adecuadas para entrar a la etapa posterior de extracción por solventes (SX), es decir, entre 4 a 6 g/1 de cobre y 5 a 7 g/1 de ácido residual. Esta disolución, además, deberá contener cantidades mínimas de arsénico y cloruro. Las lixiviaciones se realizaron por agitación en un reactor de acrílico diseñado para tal efecto, a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Se utilizaron concentrados de cobre de explotaciones mineras de Antofagasta (Chile). Se estudiaron algunas variables típicas de la lixiviación, como son: la concentración de agente lixiviante, el tiempo de lixiviación, el porcentaje de sólidos y la temperatura. La caracterización de algunos residuos sólidos, producto de las lixiviaciones, se realizó por DRX (Difracción de Rayos X) y EDS (Barrido de Energía Dispersiva de Rayos X). El cobre y arsénico en las disoluciones se analizaron mediante Espectroscopia de Absorción Atómica. Los resultados experimentales indican que es posible obtener soluciones de las características deseadas con este procedimiento, que utiliza reactivos comunes y de relativo bajo costo.