Modelización de la gasificación de lodos de depuradoras urbanas

La gasificación de lodos de depuración consiste en la conversión termoquímica del lodo por oxidación parcial a alta temperatura mediante un agente gasificante, que generalmente es aire, oxígeno o vapor de agua. Se trata de una tecnología de gran interés, ya que consigue reducir la masa de estos residuos y permite el aprovechamiento de los gases formados, tanto en la generación de energía térmica y/o eléctrica como en la síntesis de productos químicos orgánicos y combustibles líquidos. Debido a la complejidad de este proceso, es útil el uso de modelos que faciliten su estudio de forma fiable y a bajo coste. El presente Proyecto Fin de Carrera se centra en el diseño de un modelo adimensional de equilibrio en estado estacionario basado en la minimización de la energía libre de Gibbs. Para ello, se ha empleado el software de simulación de procesos Aspen Plus, que posee una amplia base de datos de propiedades físicas y permite gran flexibilidad en el manejo de sólidos. Para la elaboración del modelo se han asumido las hipótesis de mezcla perfecta dentro del reactor y operación isoterma. El gasificador se ha considerado de lecho fluidizado burbujeante, al permitir un buen control de la temperatura y una alta transferencia de materia y energía entre el sólido y el agente gasificante. El modelo desarrollado consta de cuatro etapas. La primera reproduce el proceso de pirólisis o descomposición térmica de los componentes del lodo en ausencia de agente gasificante. En la segunda etapa se simula que todo el nitrógeno y el azufre contenidos en el lodo se transforman en amoniaco y ácido sulfhídrico, respectivamente. En la tercera etapa se produce la gasificación en dos reactores. El primer gasificador alcanza el equilibrio químico mediante la minimización de la energía libre de Gibbs del sistema. En el segundo reactor se establece un equilibrio restringido por medio de la especificación de una aproximación de temperatura para cada reacción. Este método permite validar los resultados del modelo con datos reales. En la última etapa se separa el residuo carbonoso o char (compuesto por carbono y cenizas) del gas de salida, formado por N2, H2, CO, CO2, CH4 (supuesto como único hidrocarburo presente), NH3, H2S y H2O. Este gas debe ser depurado mediante equipos de limpieza aguas abajo. Los resultados de la simulación del modelo han sido validados frente a los valores obtenidos en ensayos previos llevados a cabo en la planta de gasificación a escala de laboratorio ubicada en el Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Estos resultados han mostrado muy buena concordancia con los obtenidos experimentalmente, con un error inferior al 7% en todos los parámetros analizados en el caso de gasificación con aire y menor al 13% cuando se utiliza una mezcla aire/vapor de agua como agente gasificante. Se ha realizado un análisis de sensibilidad con el fin de estudiar la influencia de las condiciones de operación (temperatura, ratio equivalente y ratio vapor/biomasa) sobre los resultados del proceso modelado (composición, producción y poder calorífico inferior de los gases, conversión de carbono y eficiencia de la gasificación). Para ello, se han llevado a cabo diferentes simulaciones modificando la temperatura de gasificación entre 750ºC y 850ºC, el ratio equivalente (ER) entre 0,2 y 0,4 y el ratio vapor/biomasa (S/B) entre 0 y 1. Como ya ocurriera con la validación del modelo, los resultados de las simulaciones bajo las distintas condiciones de gasificación se ajustan de forma satisfactoria a los valores experimentales. Se ha encontrado que un aumento en la temperatura mejora la cantidad y la calidad del gas producido y, por tanto, la eficiencia del proceso. Un incremento del ratio equivalente reduce la concentración de CO y H2 en el gas y, en consecuencia, también su poder calorífico. Sin embargo, valores bajos del ratio equivalente disminuyen la producción de gases y la conversión de carbono. La alimentación de vapor de agua en el sistema mejora todos los parámetros analizados. Por tanto, dentro del rango estudiado, las condiciones de operación que optimizan el proceso de gasificación de lodos consisten en el empleo de mezclas aire/vapor de agua como agente gasificante, una temperatura de 850ºC y un ER de 0,3.

Polipirrol, un buen soporte para electrodos de pilas de combustible de metanol directo (DMFC)

(SPA) El polipirrol es uno de los polímeros conductores más utilizados en la preparación de electrodos debido a su alta actividad catalítica para la oxidación y reducción del metanol. En este trabajo se ha depositado electroquímicamente polipirrol a diferentes potenciales de depósito, Ed, sobre tela de carbón no tejida Freudenberg en medio ácido. Se ha analizado la morfología y la respuesta electroquímica en medio HClO4 y en presencia de HClO4+MeOH antes y después de la síntesis del polipirrol sobre ella. Lastructura de las películas obtenidas se ha estudiado por espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier, FTIR. Se observa que el polipirrol mejora las propiedades electroquímicas de la tela de carbón, obteniéndose el mejor resultado para su aplicación como soporte del catalizador en pilas de combustible con la película sintetizada a 1,0V. (ENG) Polypyrrole is one of the most used conducting polymers in electrode building due to its high catalytic activity to the methanol oxidation and reduction. By this motive, polypyrrole has been electrochemically synthesized at constant potential, Ed, on Freudenberg carbon cloth in acid medium. Carbon cloth morphology and electrochemical behaviour in HClO4 and in HClO4+MeOH before and after the polypyrrole eposition have been analysed. The structure of the films was studied by Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR. The polypyrrole improves the electrochemical properties of the studied carbon cloth. The biggest charge of the electroactive area is the one synthesized at 1.0V, being the best for its application as catalyst support in fuel cells.

Comportamiento electroquímico y en pila de combustible de cátodos fabricados mediante evaporacion electrónica de Pt frente a electrodos comerciales

(SPA) Con el objetivo de disminuir el coste de los electrodos utilizados en las pilas de combustible de membrana polimérica se ha llevado a cabo un estudio de la influencia sobre la respuesta electroquímica y en ensayos en monocelda de pila de combustible de alcohol directo, de la deposición por evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón. Se han estudiado en las mismas condiciones dos electrodos comerciales con distinta carga de catalizador y dos electrodos preparados por evaporación electrónica de platino. Se encuentra que la evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón ahorra carga de catalizador, aumenta la superficie electroactiva y permite alcanzar rendimientos comparables a los de los electrodos comerciales, mejorando mucho la potencia obtenida por unidad de masa de material catalítico. (ENG) In order to diminish the cost of the electrodes used in polymer membrane fuel cells a study of the influence on the electrochemical response and essays in a single direct methanol fuel cell of the deposition by electronic evaporation of Platinum on carbon cloth has been carried out. Two commercial electrodes with different catalyst loading and two electrodes prepared by electronic evaporation of Platinum have been studied in the same conditions. It can be concluded that electronic evaporation of Platinum on carbon cloth saves catalyst load, increases the electroactive surface area and reaches fuel cell performances comparable with those obtained using commercial electrodes, improving clearly the power obtained per unit mass of catalytic material.

Electrochemical performance of carbon gels with variable surface chemistry and physics

This study describes the electrochemical characterization of N-doped carbon xerogels in the form of microspheres and of carbon aerogels with varied porosities and surface oxygen complexes. The interfacial capacitance of N-doped carbon xerogels decreased with increased micropore surface area as determined by N2 adsorption at −196 °C. The interfacial capacitance showed a good correlation with the areal NXPS concentration, and the best correlation with the areal concentration of pyrrolic or pyridonic nitrogen functionalities. The gravimetric capacitance decreased with greater xerogel microsphere diameter. The interfacial capacitance of carbon aerogels increased with higher percentage of porosity as determined from particle and true densities. The interfacial capacitance showed a linear relationship with the areal oxygen concentration and with the areal concentrations of CO- and CO2-evolving groups.

Valoración energética de subproductos de palmera datilera

Este trabajo se integra en el marco de un estudio de valoración energética de subproductos obtenidos de la palmera datilera, disponibles en grandes cantidades y que actualmente no se valorizan. El objetivo principal de este trabajo consiste en evaluar los subproductos de la palmera datilera, y en concreto, estudiar el poder calorífico superior de las principales especies presentes en los oasis, y en obtener, mediante pirolisis de estos subproductos, carbón activo, y de esta al forma valorar residuos, obtener un aprovechamiento económico secundario, al mismo tiempo que estamos valorando estos residuos. El estudio se realiza sobre siete especies arbóreas, entre ellas cinco variedades de palmera datiliera, y en concreto sobre un único subproducto. Los resultados de estas pruebas permitieron poner de manifiesto que el Poder Calorífico de las especies que habitan los oasis es más importante que el de las otras especies arbóreas. El residuo sólido se obtiene de la madera de la parte inferior del árbol que se llama (Kornaf), activada a una temperatura de 700 °C utilizando el vapor de agua como agente de activación. Se estudió la calidad del carbón activo obtenido, mediante el cálculo de su superficie específica, y resultó de buena calidad (1050m2/g).

Tailoring the surface chemistry of zeolite templated carbon by electrochemical methods

One option to optimize carbon materials for supercapacitor applications is the generation of surface functional groups that contribute to the pseudocapacitance without losing the designed physical properties. This requires suitable functionalization techniques able to selectively introduce a given amount of electroactive oxygen groups. In this work, the influence of the chemical and electrochemical oxidation methods, on the chemical and physical properties of a zeolite templated carbon (ZTC), as a model carbon material, have been studied and compared. Although both oxidation methods generally produce a loss of the original ZTC physical properties with increasing amount of oxidation, the electrochemical method shows much better controllability and, unlike chemical treatments, enables the generation of a large number of oxygen groups (O = 11000- 3300 μmol/g), with a higher proportion of active functionalities, while retaining a high surface area (ranging between 1900-3500 m2/g), a high microporosity and an ordered 3-D structure.

Influencia de diferentes condiciones de curado en la estructura porosa y en las propiedades a edades tempranas de morteros que contienen ceniza volante y escoria de alto horno

En este trabajo se ha estudiado la evolución de la microestructura, propiedades de durabilidad y resistencias mecánicas de morteros preparados con cementos comerciales, que contienen ceniza volante (entre un 21% y un 35%) y escoria de alto horno (entre un 66% y un 80%), expuestos a tres ambientes, un ambiente óptimo de laboratorio, y dos ambientes representativos del clima Atlántico y Mediterráneo respectivamente. Como referencia de comportamiento, también se ensayaron morteros de cemento Portland. La microestructura se caracterizó mediante porosimetría de intrusión de mercurio. En lo referente a la durabilidad, se estudiaron los coeficientes de absorción capilar y de migración de cloruros en estado no estacionario. También se determinó la resistencia a compresión de los morteros. Los ensayos se realizaron a 7, 28 y 90 días. La principal conclusión alcanzada es que los cementos con cenizas y escorias expuestos a condiciones ambientales representativas de los climas Atlántico y Mediterráneo, pueden desarrollar unas propiedades en servicio adecuadas al cabo de tres meses.

Uso potencial de ceniza de lodo de depuradora como sustitución de árido fino en bloques de hormigón prefabricados

El presente artículo se centra en la valorización de las cenizas de lodo de depuradora adicionadas en bloques de hormigón prefabricados, por tanto, en una matriz a base de cemento Portland con características particulares (consistencia seca). Se realiza una experiencia piloto mediante la fabricación de bloques en una planta industrial local, utilizando mezclas con porcentajes de sustitución de árido fino del 5, 10 y 15% por cenizas de lodo de depuradora, cuyos resultados se compararán con bloques de referencia (sin adición). Los ensayos aplicados son los preceptivos para su comercialización según normativa europea (marcado CE), lo que permitirá igualmente comprobar las características físicas y mecánicas de los hormigones. Los resultados obtenidos son prometedores: la utilización de este residuo permitiría su comercialización, mejora características de los bloques como la resistencia a compresión, y permitiría reducir un gran volumen de material utilizado habitualmente como materia prima y consumir un residuo destinado a vertedero.

Synthetic Boron-Doped Diamond Electrodes for Electrochemical Water Treatment

Boron-doped diamond electrodes have emerged as anodic material due to their high physical, chemical and electrochemical stability. These characteristics make it particularly interesting for electrochemical wastewater treatments and especially due to its high overpotential for the Oxygen Evolution Reaction. Diamond electrodes present the maximum efficiency in pollutant removal in water, just limited by diffusion-controlled electrochemical kinetics. Results are presented for the elimination of benzoic acid and for the electrochemical treatment of synthetic tannery wastewater. The results indicate that diamond electrodes exhibit the best performance for the removal of total phenols, COD, TOC, and colour.

Retos actuales para la captura y almacenamiento de CO2

Las grandes emisiones de CO2 procedentes de la combustión de combustibles fósiles están provocando un calentamiento global en nuestro planeta. Estos problemas medioambientales están obligando a los diferentes gobiernos a buscar soluciones que permitan reducir esas emisiones y mitigar sus efectos adversos. Una de las soluciones más prometedoras consiste en la captura selectiva de CO2 en efluentes industriales mediante el uso de materiales adsorbentes porosos (zeolitas, carbón activado y materiales híbridos MOFs) que combinen una elevada capacidad de adsorción y una adecuada selectividad a CO2 frente al resto de gases del proceso industrial, además de una adecuada regeneración.

Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis

La memoria de tesis titulada “Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis” presenta una serie de trabajos encaminados a la obtención de catalizadores híbridos, que sean estables, activos, selectivos y reutilizables en reacciones de hidrogenación e hidroformilación de olefinas. Para ello, se han estudiado diversos métodos para inmovilizar complejos metálicos en materiales carbonosos y sólidos inorgánicos: adsorción física, anclaje por formación de un enlace covalente e intercambio iónico. Estos catalizadores se han usado en las reacciones mencionadas, analizando sus propiedades catalíticas (actividad y selectividad), así como la robustez de los mismos y las posibilidades de reutilización.

Study on Electrochemical Capacitance using Templated Carbons

The template carbonization technique enables the production of porous carbons and carbon-based composites with precisely designed, controlled pore structures. The resulting templated carbons are therefore useful to investigate and understand the relation between carbon nanostructure and electrocapacitive properties. In this short review paper, we introduce our works on electrochemical capacitance using zeolite-templated carbons and carbon-coated anodic aluminum oxide.

Design of hybrid asymmetric capacitors in aqueous electrolyte using ZTC and ultraporous activated carbons

The use of two different materials as electrodes allows the construction of asymmetric and hybrid capacitors cells with enhanced energy and power density. This approach is especially well-suited for overcoming the limitations of pseudocapacitive materials that provide a huge capacitance boost, but in a limited potential window. In this work, we introduce the concepts and protocols that are required for a successful design of such systems, which is illustrated by the construction of an asymmetric hybrid cell where a zeolite-templated carbon and an ultraporous activated carbon have been combined.

Reseñas y críticas.

El Congreso literario latino-americano y el americanismo.--Las universidades argentinas.--Escuelas y teorías literarias.--El movimiento intelectual argentino; revistas y periódicos (p. [119]-141)--Los juegos florales en Buenos Aires.--Carlos Monsalve. Juvenilia.--En viaje. Miguel Cané.--Martín García Mérou. Estudios literarios.--Adolfo Mitre. Poesías. --León Zaldívar. Carlos María Ocantos.--Federico Gamboa. Apariencias.--La ópera italiana en Buenos Aires.--El salón del Ateneo.--La ciencia jurídica argentina y el doctor Manuel Obarrio.--Un publicista argentino en Europa. Don Carlos Calvo.--Las cenizas del general San Martín.--Enseñanza secundaria.