Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: paper de les propietats físiques del sòl

S’ha estudiat el grau de protecció física del carboni dins d’agregats de diferents mides en un sòl d’una pedrera restaurada fa 17 anys amb terres adobades amb fangs de depuradora, i s’ha interpretat el seu paper en el context del segrest de carboni en el sòl. La metodologia aplicada es basa en la d’humitejament ràpid dels agregats del sòl per immersió en aigua (Le Bissonnais, 1996), que simula l’estabilitat d'un sòl sec que es veu sotmès a processos tals com la inundació local o saturació ràpida. També s’ha determinat la quantitat de carboni oxidable present en els agregats del sòl amb el mètode de Nelson i Sommers (1982). Els resultats han mostrat que l’adobat amb fangs de depuradora contribueix a augmentar el contingut de carboni orgànic en els agregats del sòl i n’estimula el segrest a mitjà termini (unes 10 tones ha-1 en 17 anys), aportant estabilitat al sòl i protegint físicament el carboni orgànic dins dels agregats de mida major (5-2 mm). A més s’ha constatat que per determinar l’estabilitat del carboni segrestat en el sòl cal conèixer com es distribueix entre les diferents mides d’agregats. Finalment, l’augment del segrest de carboni en el sòl propiciat per l’aplicació dels fangs de depuradora li dóna més capacitat per fixar CO2 atmosfèric.

Estudi per a la determinació de la composició òptima d'una barreja de pastes per a la fabricació de paper tripa industrial

El creixent ritme d’exportacions del Brasil, fa que la demanda de papers d’embalatges’incrementi constantment. El material més utilitzat per al transport són les caixes de cartróondulat (OCC). Aquestes caixes, quan se’ls acaba la vida útil, són recuperades per afabricar nou cartró ondulat. El paper de diari, que un cop llegit es converteix en un residu, nos’acostuma a utilitzar per a la fabricació de nous productes paperers, tot i estar fabricat ambfibres de qualitat elevada.Amb la utilització d’aquests materials com a alternativa es disminueix la demanda defibres verges com és el pi, que al Brasil, es troba en una situació crítica a causa de la malagestió de les plantacions.Cal dir que la part pràctica de l’estudi, que consisteix bàsicament en treball de laboratori,ha estat realitzada al Brasil, d’on provenen també les matèries primeres utilitzades. Peraquest motiu, el context de l’estudi està centrat en el mercat, en les necessitats i en larealitat d’aquest país.Aquest projecte té com a objectiu determinar la composició òptima d’una barreja depastes de pi, sisal, retalls i paper de diari, per a la fabricació de paper tripa industrial. Aquestpaper és el que es col•loca, ondulat, enmig de les capes externes del cartró multicapa

Estudi ambiental del Centre Esportiu Puigverd: aigua, residus i característiques físiques

El medi ambient està creixent i adquirint actualment una importància fins ara mai vista. La societat reconeix el medi ambient com un factor de benestar social i personal, i alhora una característica de modernitat. En aquest estudi s’analitzen tots els factors ambientals presents en l’activitat quotidiana d’un centre esportiu. El centre escollit es troba situat en el municipi de Castellar del Vallès, a la comarca del Vallès Occidental, província de Barcelona. Aquest centre construït fa 17 anys per la demanda continua dels habitants del poble i per les pressions dels nuclis urbans pròxims, ha sofert uns canvis que actualment encara estan presents. Els objectius de l’estudi són la descripció, l’anàlisi i el tractament de la gestió actual del centre envers els recursos utilitzats. L’aigua, els residus i per últim les propietats físiques de l’edificació, com a innovació en aquesta tipologia d’estudis. L’anàlisi i tractament d’aquests, permet conèixer els punts forts i febles del centre. Les flaqueses observades afecten majoritàriament als factors ambientals. Conseqüentment, es dissenyen unes propostes de millora per tal de poder minimitzar els impactes soferts i redireccionar la gestió ambiental del centre, afrontant així un futur amb un desenvolupament sostenible.

Efecte sobre la capacitat d'intercanvi catiònic del sòl i la retenció de nutrients de les aplicacions de biochar en sòls agrícoles

El biochar, o biocarbó, és un material produït a partir de la piròlisi de biomassa, consistent en la descomposició tèrmica de la matèria orgànica a baixa o nul·la concentració d’oxigen. La seva definició més acceptada és la d’un material pirolitzat destinat a ser utilitzat en el sòl, quedant fora d’aquesta denominació materials produïts per a ser utilitzats com a combustible. La gran varietat de materials pirolitzables i de tecnologies de piròlisi determinen un ampli ventall de biochars amb propietats físiques, químiques i biològiques molt contrastades, i que determinen la seva idoneïtat o no per a ser utilitzat com a esmena orgànica, sent la biomassa de partida un dels factors més determinants. Els processos de piròlisis generen gasos inflamables, gasos condensables inflamables (bioolis) i biochar en proporcions variables segons el tipus de piròlisi. Aquests grans tipus principals de piròlisi per la producció de biochar són: Piròlisi lenta, Piròlisi ràpida, i Gasificació. El producte biochar, totalment en procés d’investigació, es creu que pot tenir grans beneficis ambientals en diferents àmbits: Biochar com a millora de la fertilitat, Biochar com a via de gestió de residus, Biochar per producció d’energia, i Biochar per la mitigació del canvi climàtic. Cal tenir en compte possibles riscos a l’hora d’aplicar biochar en sòls. Ja que el producte final varia segons el material de partida. En especial quan es genera biochar a partir de residus, ja siguin de depuradora, industrials o ramaders, degut que el seu contingut en contaminants pot ser perjudicial pel medi ambient i per la salut de les plantes. Els contaminats presents, sobretot metalls pesats i hidrocarburs aromàtics policíclics (PAH), són difícilment eliminats o es produeixen “de novo” durant el procés de piròlisi, respectivament, de manera que amb les aplicacions de biochar poden causar impactes negatius. En aquest projecte, es centre especial atenció en una única característica del sòl, com es la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC). La CIC és la capacitat que té el sòl per retenir i alliberar ions amb càrrega positiva. Per les seves característiques, l’argila i la matèria orgànica són les que condicionen la CIC total d’un sòl, ja que aquestes contenen carregues negatives a la seva superfície. La CIC proporciona als sòls la capacitat de retenir nutrients, necessaris per el creixement de les plantes, per tant una major CIC incrementa la fertilitat dels sòls, així com permet reduir les pèrdues d’aquests nutrients per lixiviació i mitigar possible contaminació de les aigües. L’objectiu principal del projecte doncs, és estudiar el potencial ús d’un biochar de gasificació com esmena orgànica per a sòls agrícoles alcalins mediterranis, i més concretament el seu paper per a millora de la retenció de nutrients en relació al potencial augment de la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC) del sòl 18 mesos després de la seva aplicació en parcel·les de camp. Les conclusions finals no han estat del tot satisfactòries, degut que no s’han trobat diferències en la CIC, havent de rebutjar la hipòtesi de partida. Tot i que hi ha diferents factors que poden ser la causa d’aquests resultats. Una possibilitat, probablement la que dona major explicació, és el poc temps transcorregut des de l’aplicació de biochar fins al moment de les anàlisis.

Variabilitat espacial de les propietats hidrològiques del sòl i canvis per la transformació del terreny en una vessant a la comarca del Priorat

En els darrers anys s’estan duent a terme transformacions dels sòl en la comarca del Priorat per plantar noves vinyes. Les transformacions realitzades han consistit en volteig d’horitzons i trituració de material, comportant canvis importants en les propietats físiques, químiques i hidrològiques del sòl. S’han identificat i quantificat els canvis, evidenciant alteracions importants en molts paràmetres, com una reducció de la matèria orgànica, capacitat de retenció d’aigua i conductivitat hidràulica, que dificulten l’estabilitat estructural del sòl, augmentant-ne l’escolament superficial i l’erosió, i dificultant el correcte desenvolupament de les plantes.

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

Deposició de capes superconductores de YBa2Cu3O7 amb textura bidimensional a partir de solucions metal·lorgàniques

L’objectiu d’aquest projecte és l'obtenció de capes primes superconductores de YBa2Cu3O7 mitjançant el procés de descomposició metal·lorgànica, a partir de la combinació de sals precursores amb un contingut en fluor inferior a l’estàndard utilitzat pel grup de superconductivitat de l’ICMAB, així com l’estudi i caracterització d’aquestes capes mitjançant les tècniques utilitzades pel mateix grup. Per tal de poder analitzar els resultats, es realitzarà una comparació entre aquesta capa obtinguda a partir de la nova solució i una altra desenvolupada pel mètode estàndard. Sobre aquestes dues mostres es realitzaran tots els assaigs necessaris per tal d’obtenir les seves propietats físiques i químiques per tal d’analitzar la qualitat de la capa i avaluar la viabilitat de la nova solució.

Avaluació de l'aptitud de bioestabilitzats com a esmena orgànica per a la rehabilitació de sòls

L’objectiu d’aquest estudi ha estat avaluar l’efecte que té sobre algunes propietats fisicoquímiques del sòl i el creixement de plantes, l’adició del producte compostat obtingut a partir de la fracció orgànica dels residus sòlids urbans de recollida no selectiva, material anomenat bioestabilitzat. S’ha dut a terme un bioassaig amb blat (Triticum aestivum), utilitzant bioestabilitzat procedent de dues plantes de tractament mecànic i biològic, Vacarisses i Mataró, que s’ha aplicat a diferents dosis en un sòl de baixa qualitat. S’ha observat una relació positiva entre el creixement del blat i la dosis de bioestabilitzat aplicada. Pel que fa a la germinació, ha estat lleugerament estimulada per les dosis intermèdies de bioestabilitzat assajades. En quant a les propietats fisicoquímiques del sòl, s’ha observat un increment de la salinitat en funció de la dosis de bioestabilitzat aplicada, que en les més elevades podria ser problemàtica. També, el contingut de matèria orgànica ha augmentat de manera proporcional a la dosis, cosa que ha millorat les propietats físiques del sòl. Per altra banda, s’han trobat continguts d’impropis (vidre, plàstic ...) i concentracions d’alguns metalls pesants bastant elevades, així com una considerable variabilitat entre les partides de bioestabilitzat. Finalment, es conclou que abans de permetre l’aplicació de bioestabilitzat per a la rehabilitació de sòls degradats, cal aprofundir més en l’estudi d’aquest material.

Oxygen vacancies as active sites for water dissociation on rutile TiO2(110)

Through an interplay between scanning tunneling microscopy experiments and density functional theory calculations, we determine unambiguously the active surface site responsible for the dissociation of water molecules adsorbed on rutile TiO2(110). Oxygen vacancies in the surface layer are shown to dissociate H2O through the transfer of one proton to a nearby oxygen atom, forming two hydroxyl groups for every vacancy. The amount of water dissociation is limited by the density of oxygen vacancies present on the clean surface exclusively. The dissociation process sets in as soon as molecular water is able to diffuse to the active site.

Bonding of gold nanoclusters to oxygen vacancies on rutile TiO2(110)

Through an interplay between scanning tunneling microscopy (STM) and density functional theory (DFT) calculations, we show that bridging oxygen vacancies are the active nucleation sites for Au clusters on the rutile TiO2(110) surface. We find that a direct correlation exists between a decrease in density of vacancies and the amount of Au deposited. From the DFT calculations we find that the oxygen vacancy is indeed the strongest Au binding site. We show both experimentally and theoretically that a single oxygen vacancy can bind 3 Au atoms on average. In view of the presented results, a new growth model for the TiO2(110) system involving vacancy-cluster complex diffusion is presented.

Descripció de propietats moleculars i activitats biològiques emprant l'energia de repulsió electró-electró

En aquest treball es descriu l'ús de les mesures de semblança molecular quàntica (MSMQ) per a caracteritzar propietats i activitats biològiques moleculars, i definir descriptors emprables per a construir models QSAR i QSPR. L'estudi que es presenta consisteix en la continuació d'un treball recent, on es descrivien relacions entre el paràmetre log P i MSMQ, donant així una alternativa a aquest parimetre hidrofòbic empíric. L'actual contribució presenta una nova mesura, capaç d'estendre l'ús de les MSMQ, que consisteix en l'energia de repulsió electró-electró (Vee). Aquest valor, disponible normalment a partir de programari de química quàntica, considera la molècula com una sola entitat, i no cal recórrer a l'ús decontribucions de fragments. La metodologia s'ha aplicat a cinc tipus diferents de compostos on diferents propietats moleculars i activitats biològiques s'han correlacionat amb Vee com a únic descriptor molecular. En tots els casos estudiats, s'han obtingut correlacions satisfactòries.

Estudi de reactius químics alternatius per al blanqueig de pastes termomecàniques : efecte en les propietats òptiques de les pastes i en la qualitat dels efluents del procés

Aquest estudi s’emmarca en un projecte titulat “Noves possibilitats en el blanqueig en lespastes destintades: Alternatives al blanqueig amb sosa càustica i peròxid d’hidrogen” i estàsubvencionat per diverses empreses europees del sector. La seva realització s’ha dut a termeen el Centre Technique du Papier, a Grenoble, França. L’estudi contempla la realitzaciód’una part del projecte, i té per objecte analitzar els Na2SiO3 modificats, el hidròxid demagnesi (Mg(OH)2) i el hidròxid de calci (Ca(OH)2) per veure si poden actuar com asubstituts del NaOH. Cal intentar aconseguir valors de blancor similars als assolits amb elblanqueig estàndard i millorar substancialment la qualitat de les aigües. Segons el centre derecerca es pot considerar una millora projectable a nivell industrial una reducció de la DQO ide la demanda catiònica a partir d’un 10% a nivell experimental.La pasta que es blanqueja és TMP verge. Els resultats obtinguts a nivell de blancor tambépoden ser considerats aplicables en paper recuperat, prèviament destintat, provenintd’aquest tipus de pasta

Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica

En el marc del projecte "Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica" s'han desenvolupat un conjunt d'eines numèriques que permeten avançar en l'ús de l'espectroscòpia òptica per a l'obtenció d'informació morfològica de materials compostos consistents en partícules metàl•liques en matriu dielèctrica. S'han implementat esquemes numèrics per a calcular les propietats òptiques de materials compostos on les partícules poden presentar una distribució de mides i formes i diferent graus d'ordenament espacial. Les simulacions s'han realitzat a dos nivells: i) amb l’aproximació quasi-estàtica, que permet descriure el comportament d'aquests materials en termes de constants òptiques efectives i ii) amb càlculs electrodinàmics exactes, que han servit per avaluar la validesa de l’aproximació anterior i que han permès d'estudiar la interacció de partícules amb feixos de llum focalitzats o amb polarització no homogènia. A través de l’anàlisi d'aquestes simulacions, s'han desenvolupat models senzills que permeten parametritzar la influència de diferents quantitats físiques en el comportament òptic del material. Aquests models s'han implementat en un programari de càlcul que permeten trobar el valor òptim dels paràmetres físics d'interès mitjançant l'ajust d'espectres òptics. Els models s'han avaluat amb l'anàlisi de dades experimentals subministrades per altres laboratoris.