Construcción y operación de un proceso bioelectroquímico prototipo para el tratamiento de agua residual textil

En esta tesis se diseñó, construyó y evaluó un reactor bioelectroquímico (BER) de 8 L para el tratamiento de aguas residuales textiles. El sistema operó en condiciones anaerobias, empleando carbón activado, electrodos de acero inoxidable y un consorcio microbiano adaptado. Se utilizó corriente eléctrica para mejorar la degradación del colorante azoico Marino Novacron, logrando mayores eficiencias de remoción con estimulación eléctrica: hasta 95.2 % frente a 70.5 % sin ella. El análisis morfológico mostró mayor resistencia en bacterias Gram positivas ante la estimulación. Simulaciones computacionales revelaron que corrientes bajas aseguran una distribución homogénea del campo eléctrico, mientras que corrientes altas generan efectos adversos. En pruebas con agua residual real, el reactor alcanzó 99.3 % de remoción de colorante y reducciones significativas en DQO y conductividad, cumpliendo la NOM-001-SEMARNAT-2021. Los resultados confirman la viabilidad técnica y ambiental del BER, con potencial para su aplicación industrial

Correlación entre la estructura y la química superficial de los carbones activados de origen agroindustrial y su actiuvad electrocatalítica en la reacción de reducción de oxígeno

Este estudio consistió en relacionar las propiedades químicas y estructurales de 14 carbones activados con H₃PO₄ y ZnCl₂, provenientes de residuos agroindustriales con el fin de orientar y potencializar el uso de los carbones activados como materiales adsorbentes y electrocatalíticos. Al identificar la afinidad de cada carbón activado a través de las propiedades químicas como carga superficial, pH de punto de carga cero y grupos superficiales, se utilizaron como material adsorbente empleando 2 moléculas de origen opuesto catiónico y aniónico dónde se destacaron 8 carbones activados; los carbones activados para adsorber naranja de metilo fueron: naranja-Z, coco-Z, agave-Z, coco-A, caña-A, cítricos-Z, café-A y naranja-A que obtuvieron las siguientes capacidades de adsorción 37.57, 37.43, 36.74, 35.98, 33.03(mg/g) respectivamente. Los carbones que tuvieron un mayor desempeño con la molécula de azul de metileno fueron: coco-Z, naranja-Z, agave-Z, coco-A, caña-A y cítricos-Z con las siguientes capacidades de adsorción 37.36, 37.25, 37.14, 36.6, 35.5 y 34.29 (mg/g). Los carbones activados que resaltaron en el proceso de adsorción fueron elegidos para evaluar su actividad electrocatalítica como material modificador en electrodos de pasta de grafito; mediante la reacción de reducción de oxígeno (RRO) vía 2 electrones obtuvieron las siguientes concentraciones de peróxido de hidrógeno 10.08, 9.48, 8.6, 7.9, 7.1, 6.3, 6.2 y 4.3 (mg/L) y finalmente para validar el desempeño de los electrodos de pasta de grafito se realizó la decoloración de las moléculas estudiadas en el proceso de adsorción por medio de electro-Fenton obteniendo una eficiencia de decoloración coco-A > coco-Z> naranja-Z> café-A> agave-Z> naranja-A> caña-A > cítricos-Z. Los electrodos de pasta de grafito modificado con agave-Z> coco-A> coco-Z> café-A> cítricos-Z> naranja-A> caña-A naranja-Z con azul de metileno. Al relacionar la química superficial con la electro-generación de H₂O₂O existe una relación directamente proporcional con los grupos superficiales al igual que en la decoloración de molécula catiónica

DESARROLLO DE UN SISTEMA MICROFLUIDICO PARA LA EVALUACIÓN DE LA FOTOELECTROCATÁLISIS DE CONTAMINANTES EMERGENTES

El presente trabajo describe la evaluación y desempeño del material vanadato de bismuto (BiVO4) por vías fisicoquímicas y fotoelectroquímicas, demostrando una alta estabilidad en los medios evaluados de sulfato de potasio (K2SO4) 0.5M, bajo perturbaciones lumínicas y diferentes potenciales aplicados. Esta estabilidad fue atribuida a su estructura monoclínica definida a partir de los difractograma de difracción de rayos X (DRX) que confirmaron la estructura cristalina del material, además de las caracterizaciones por Espectroscopia de Energía Dispersiva (EDS), Microscopio electrónico de barrido (SEM) y Espectrometría de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS). Asi mismo, se desarrolló una celda ufc con aplicación para procesos de fotoelectrocatálisis (PEC), la cual fue previamente caracterizada y comparada con respecto a una celda bulk a través de diferentes técnicas fotoelectroquímicas. Una vez caracterizado el material y las celdas, se montó el BiVO4 dentro de la celda ufc, donde posteriormente se realizó un diseño de experimentos (DE) factorial para observar la respuesta de degradación del colorante azul de metileno (AM), evaluando 3 factores principales y sus interacciones: celda, potencial e iluminación. Los resultados obtenidos del DE fueron evaluados a partir de diferentes técnicas como: espectroscopia ultravioleta visible (UV-VIS), Cromatografía Líquida de Ultra Rendimiento (UPLC-PDA) y UPLC-masas, Demanda Química de Óxigeno (DQO). El análisis ANOVA del DE demostró que el factor de iluminación fue el único factor con un impacto significativo sobre la respuesta de degradación del AM. Sin embargo, la mayor eficiencia de degradación alcanzada fue por la técnica de PEC con un 66% para ambas celdas, esto demuestra que el proceso de luz y potencial aplicado sí que tiene una mayor respuesta favorable de degradación del AM, además de que los resultados son comparables entre ambas celdas, confirmando asi la hipótesis desarrollada a lo largo de este proyecto de tesis

PEROVSKITAS TIPO ÓXIDO ACOPLADAS EN UN FOTORREACTOR MICROFLUÍDICO PARA LA REDUCCIÓN DE CO2: UNA PERSPECTIVA DE FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL

El incremento de la concentración de CO2 en la atmósfera ha contribuido significativamente al cambio climático, como consecuencia se tiene un aumento de la temperatura global. Es una gran necesidad la búsqueda de alternativas sostenibles para abordar esta problemática. En este contexto, el desarrollo de materiales fotocatalizadores para la conversión de CO2 ha sido una propuesta prometedora enfocada en la fotosíntesis artificial. En el presente trabajo, el objetivo principal fue acoplar heteroestructuras de NiTiO3/g-C3N4 como materiales para la fotorreducción de CO2 en un sistema microfluídico. Para esto, se sintetizó un óxido de perovskita (NiTiO3) a través de un diseño de experimentos Taguchi L9, el cual presentó absorción en el rango visible del espectro electromagnético y una notable estabilidad bajo iluminación. Este fotocatalizador se empleó para experimentos de reducción de CO2 en un sistema microfluídico, los resultados mostraron que este material es capaz de reducir CO2 a etanol. La concentración más alta obtenida fue de 185.205 ppm a un caudal de 50 μL/min en 120 min. La etapa siguiente consistió en acoplar el NiTiO3 con g-C3N4, las heteroestructuras fueron denominadas: GCN25/NT, GCN50/NT y GCN75/NT (empleando diferentes porcentajes en peso de g-C3N4). La caracterización fotoelectroquímica reveló que estos materiales son de naturaleza semiconductora tipo p y con más alta estabilidad bajo la luz. En la evaluación fotocatalítica los materiales GCN50/NT y GCN75/NT mostraron mayor taza de conversión, asociando su actividad catalítica a sus propiedades fotocatalíticas y al microreactor. Finalmente, se llevaron a cabo experimentos exploratorios para la reducción de CO2 en un medio de 0.4 M de NaHCO3, en donde las heteroestructuras fueron polarizadas a -0.5 V vs Ag|AgCl. Bajo estas condiciones, los materiales mostraron alta densidad de fotocorriente. Esto ayudo a confirmar que el acoplamiento de las heteroestructuras mejora el transporte y separación de carga para su aplicación fotocatalítica

Síntesis de sales de imidazolio y sus propiedades electroquímicas

En el presente proyecto de tesis se trabajó con una ruta sintética propuesta para la generación de compuestos del tipo sales de imidazolio (tipo NHC "anormales"), las cuales se usaron para estuaidar la actividad electroquímica de estos compuestos y seguido de esto se condujeron experimentos para la factibilidad de la sintesis electroquímica de complejos imidazolio-Ag. Impacto: Su uso como catalizador en el area de desarrollo de farmacos, de manera mas eficiente, y estas moleculas tambien se pueden usar como capturadores de CO2 para combatir el calentamiento global. The present projecto was worked with a proposal synthetic rout to obtain compounds of the type imidazolium salts (abnormal NHC) which were used to study the electrochemical activity of this compounds, followerd by this experiments were conducted for the feasibility of the electrochemical synthesis of imidazolium-Ag complexes. KW: Electrochemical Analysis, Electrochemical Engineering, Abnormal NHC, Electrochemical properties

Análisis de los aspectos técnicos y económicos de una batería de flujo redox de vanadio urtilizando métodoso de modelado y simulación computacional

En este trabajo se presenta un análisis técnico-económico de una batería de flujo redox de vanadio (VRFB) de 4 W reportada en la literatura, dicho análisis se llevó a cabo a través de la aplicación de la metodología propuesta en el informe Electricity Storage Valuation Framework (ESVF). El análisis técnico presentado aquí consta de cálculos de potencial de celda para la construcción de curvas de descarga y curvas de polarización para la identificación de parámetros que influyan en el comportamiento de la batería probando diferentes escenarios de operación como lo es distintas intensidades de corriente. A technical-economic analysis of a 4 W vanadium redox flow battery (VRFB) reported in the literature. The analysis will be conducted using the methodology proposed in the Electricity Storage Valuation Framework (ESVF) report. The technical analysis presented here includes cell potential calculations for constructing discharge curves and polarization curves to identify parameters influencing the battery's behavior, testing different operating scenarios such as varying current intensities. KW: Battery Energy Storage, Energy Conservatio

DETECCIÓN ELECTROQUÍMICA DE CREATININA EMPLEANDO NANOMATERIALES BIMETÁLICOS PARA LA DETECCIÓN TEMPRANA DE INSUFICIENCIA RENAL

En la actualidad, la síntesis de nanomateriales con aplicación en salud ha sido de suma importancia para el desarrollo de sensores para la detección oportuna de enfermedades. En el caso de enfermedad por daño renal, se ha observado que existe un incremento de las biomoléculas de desecho como la creatinina debido a la disfunción de filtración de los riñones. La creatinina es una estructura química no proteica nitrogenada proveniente de la transaminación de la creatina. El monitoreo temprano de creatinina es necesario para prevenir la enfermedad por daño renal. En el presente proyecto, se muestra la síntesis de nanomateriales bimetálicos de CuZn y CuNi empleando cronoamperometría (CA) analizando la influencia de aditivos en la estabilización de especies para su posterior depósito. Los nanomateriales de CuZn y CuNi se obtuvieron por electrodeposición empleando CA, donde los espectros XPS para Cu 2p, Zn 2p y Ni 2p sugieren la formación de una aleación por desplazamientos en energías de enlace relacionadas con las especies Cu0, Zn0 y Ni2+. Por otro lado, los resultados electroquímicos indicaron que, la detección de creatinina en buffer de fosfatos (0.1 M PBS pH 7.4 bajo en cloruros) y saliva artificial se lleva preferentemente con las especies Cu2+, mostrando una linealidad con una R2= 0.9812 para el rango de 1 a 100 µM en saliva artificial, siendo este el rango característico en pacientes con daño renal en fase inicial hasta fase.3. Se encontró que el límite de detección (LOD) fue 2.10 µM y el límite de cuantificación (LOQ) fue 7.01 µM para CuZn. Por otro lado, para CuNi el LOD fue 1.72 µM y el LOQ fue 5.72 µM respectivamente. En conclusión, se lograron obtener de manera satisfactoria materiales efectivos para la detección de creatinina en saliva, siendo efectivos para fases de prevención y seguimiento temprano

Caracterización y evaluación de hidrogeles enzimáticos basados en BPEI/GOx para su aplicación en biosensores de glucosa

Se estudió la morfología, propiedades mecánicas, respuesta electroquímica y degradación de biosensores enzimáticos de primera generación. Estos biosensores se basaron en hidrogeles conformados por glucosa oxidasa (GOx) y polietilenimina ramificada (BPEI), usando glutaraldehído (GA) o etilenglicol diglicidil éter (EGDGE) como entrecruzadores. La morfología de los hidrogeles se investigó por microscopía de campo claro y fluorescencia, ya sea mediante el etiquetado de los componentes del hidrogel con fluoróforos, como fue el caso de los entrecruzados con EGDGE, o aprovechando la fluorescencia intrínseca posterior al entrecruzamiento, como sucedió con GA. En general, se observó que el GA produjo hidrogeles más homogéneos y estables mientras que con EGDGE se pudo observar una segregación entre la enzima y el polímero. Las propiedades mecánicas de los hidrogeles se caracterizaron mediante nanoindentación, termogravimetría (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Los hidrogeles entrecruzados con GA presentaron valores más altos de módulo de elasticidad, dureza y rigidez en comparación con los hidrogeles entrecruzados con EGDGE, lo que se relacionó con la formación de redes más compactas por parte del GA. Los análisis de TGA y DSC revelaron distintas etapas de descomposición siendo los hidrogeles entrecruzados con GA, los que presentaron un mayor número de etapas, posiblemente debido a la complejidad molecular de esta sustancia en medios acuosos. Por otro lado, se analizó el proceso de hinchamiento de los hidrogeles, destacando un incremento notable en el hinchamiento y solubilidad de los hidrogeles con EGDGE. In this work, the morphology, mechanical properties, electrochemical response and degradation of first-generation enzymatic biosensors were studied. These biosensors were based on hydrogels made up of glucose oxidase (GOx) and branched polyethyleneimine (BPEI), using glutaraldehyde (GA) or ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) as cross-linkers. The morphology of the hydrogels was investigated by bright-field and fluorescence microscopy, either by labeling the hydrogel components with fluorophores, as was the case for those cross-linked with EGDGE, or by taking advantage of the intrinsic fluorescence after cross-linking, as was the case with GA. In general, it was observed that GA produced more homogeneous and stable hydrogels while with EGDGE a segregation between the enzyme and the polymer could be observed. Glucose Biosensor, Glucose Oxidase

Desarrollo de un sistema microfluídico de generación de energía hibrido celda de combustible y piezoeléctrico

Este proyecto de tesis desarrolla un prototipo híbrido energético que genera energía mediante una combinación de celda de combustible y piezoeléctrico, aprovechando los fluidos, como el sudor, como principal mecanismo para generar energía. This thesis project develops a hybrid energy prototype that generates energy through a combination of fuel cell and piezoelectric technologies, utilizing fluids such as sweat as the main mechanism for energy generation. El desarrollo de dispositivos como el presentado en este proyecto servirá como base de sistemas de sensado, ya sea muestras, debido a que su diseño le permite adaptarse a diferentes arreglos para sensar, ya sea niveles de glucosa, cloruros o algún otro analito de interés. Lo cual tienen un alto impacto en la calidad de vida de las personas, debido a la facilidad que tendrán para monitorear su estado de salud. KW: Energy , Fluidic devices, Hybrid prototype, Piezoelectri

Comparación de las mediciones de resistividad eléctrica y extracción soxhlet para evaluar la rehabilitación por electro-fitorremediación de un leptosol contaminado con hidrocarburo

El presente trabajo evaluó la eficiencia de la medida de resistividad eléctrica en un seguimiento de remediación de suelo contaminado de hidrocarburos por acciones de robo de combustible al comparar los resultados obtenidos con los observados en la prueba química de extracción Soxhlet. El tratamiento se realizó empleando la electro- fitoremediación como técnica ambiental en un suelo Leptosol del municipio de Tetepango, Hidalgo, con la cual se logró una remoción del 40% del hidrocarburo durante 55 días de tratamiento. Realizando un análisis estadístico se determinó un coeficiente de correlación positivo mayor a 0.70 en todas las muestras de suelo estudiadas. Esto corroboró la alta relación entre las variables de resistividad eléctrica y los g de hidrocarburos/g de suelo, sosteniendo que, ante la presencia del hidrocarburo por un derrame reciente, los valores de resistividad del suelo aumentan. Aunado a la prueba geofísica y química se emplearon estudios fisicoquímicos y microbiológicos, con el fin de sustentar el comportamiento de la resistividad eléctrica y la presencia del hidrocarburo en las muestras de suelo antes y después de aplicar la electro-fitoremediación. A statistical analysis determined a positive correlation coefficient greater than 0.70 in all the soil samples studied. This corroborated the high relationship between the electrical resistivity variables and the g of hydrocarbons/g of soil, maintaining that the soil resistivity values increase in the presence of hydrocarbon from a recent spill. In addition to the geophysical and chemical tests, physicochemical and microbiological studies were used to support the behavior of electrical resistivity and the presence of hydrocarbon in the soil samples before and after applying electro-phytoremediation. KW: Glucose Biosensor, Glucose Oxidase, Hydrogel, Stabilit