Simulación numérica de un reactor sonoquímico operado a 500 kHz

El ultrasonido se presenta como un método potencial para ser aplicado en la remoción de contaminantes de medios acuosos. Por tal razón, es importante su estudio para su aplicación a nivel industrial, de tal manera que se pueda optimizar su diseño, con la finalidad de encontrar las condiciones donde los procesos de micromezclado permitan que las reacciones de remoción de contaminantes sean más rápidas con la finalidad de reducir los tiempos de tratamiento y consumos de potencia. En este sentido, en el presente trabajo se simula el comportamiento de un sonoreactor industrial con varios piezoeléctricos de alta frecuencia (500kHz), donde existe interacción entre los campos de velocidad que producen, a diferencia de los estudios con reactores a nivel laboratorio con un solo piezoeléctrico (sonoelectrodo) donde no existe interacción, además de que se utilizan bajas frecuencias (24kHz). Los resultados de la simulación se comparan con estudios experimentales de velocimetria de imagen de partículas (PIV)Ultrasound is presented as a potential method to be applied in the removal of pollutants from aqueous media. For this reason, it is important to study it for industrial application, in such a way that its design can be optimized, in order to find the conditions where micro-mixing processes allow faster removal reactions of contaminants to reduce treatment times and power consumption. In this sense, the present work simulates the behavior of an industrial sonoreactor with several piezoelectric high frequency (500kHz), where there is interaction between the fields of speed that produce, unlike the studies with reactors at laboratory level with only one piezoelectric (sonotrode) where there is no interaction and use low frequencies (24kHz). The results obtained from the simulation were compared with the ones obtained with PIV

Evaluación del consumo energético de un reactor electroquímico, para la reducción de Cr (VI), con diferente arreglo de electro-deflectores

En el presente trabajo se utilizaron electrodos tubulares que funcionan como deflectores (electro-deflectores) en el reactor electroquímico de mezcla completa, durante el proceso de reducción de Cr (VI) en medio acuoso. La agitación en el reactor, se llevó a cabo con un impulsor tipo PBT. Se evaluó el efecto que tiene la cantidad de electro-deflectores en el consumo de potencia durante el proceso, mediante mediciones experimentales del torque. Así mismo, se evaluaron diferentes velocidades de agitación para cada número de electro-deflectores. Las pruebas se realizaron con una solución de 130 mg Cr (VI)/L, a un pH de 2 y densidad de corriente constante (33 A/m²). Se encontró que el consumo energético en el reactor electroquímico en el proceso de reducción de Cr (VI), es el mínimo con la configuración de 4 electro-deflectores a 300 RPM.In this work, electrodes were used as baffles (electro-baffles) in the electrochemical reactor to remove Cr (VI) in aqueous media. Mixing in the reactor was performed by a PBT impeller. The effect of the number of electro-baffles, in the agitated tank, on the power consumption was evaluated by experimental torque measurements. Also, different impeller rotational speeds with the different number of electro-baffles in the tank were evaluated. Tests were performed with a 130 mg de Cr (VI)/L at pH=2 and current density constant of 33 A/m² with the different number of electro-baffles in the reactor. It was found that the lowest total power consumption with the electrochemical reactor with 4 electro-baffles operated at 300 RPM was obtained

Estudio del Ag/grafeno-TiO₂ en la fotocatálisis de colorantes

Síntesis y caracterización de nanopartículas de TiO₂ dopadas con grafeno/Ag y su actividad fotocatalítica en la degradación de Orange II y Black-5. Durante la degradación se utilizaron dos distintas fuentes de luz, luz UV y visible. En este trabajo se preparó titania por el método sol-gel y se dopó con grafeno y plata, posteriormente, fue caracterizada mediante rayos X, Raman y UV de sólidos. Los resultados mostraron que la titania sintetizada se encuentra en la fase cristalina anatasa, tanto en el sólido puro como dopado. Los resultados de las bandas prohibidas son cercanos al valor que presenta la fase anatasa. Los estudios confirman que existe muy poca actividad fotocatalítica cuando se utiliza la titania pura, en presencia de luz visible. Los resultados de las reacciones fotocatalíticas de la degradación del colorante Black 5 y Orange II indican que la degradación fotocatalítica mejora cuando se utiliza el TiO₂-grafeno-Ag con luz visible.Synthesis and characterization of graphene/Ag-TiO₂ nanoparticles and their photocatalytic activity in the degradation of Orange II and Black-5. During the degradation, two different light sources were used, UV and visible light. In this work, titania was prepared by the sol-gel method and it was doped with graphene and silver, later, it was characterized by X-rays, Raman and UV of solids. The results showed that the synthesized titania is found in the anatase crystalline phase, both in the pure and doped solid. The results of the forbidden bands are close to the value of the anatase phase. Studies confirm that there is very little photocatalytic activity when pure titania is used in the presence of visible light. The results of the photocatalytic degradation reactions of Black 5 and Orange II dye indicate that photocatalytic degradation improves when TiO₂-graphene-Ag is used with visible light

Degradación fotocatalítica de los colorantes Orange II y Black 5 usando Ag-Eu/grafito-TiO₂

Se sintetizó el fotocatalizador Ag-Eu/grafito-TiO₂, primero por el método sol-gel se preparó la titania, después se dopó con grafito (1%) y con Eu y Ag (0.5%). Se estudió el efecto de la presencia de plata y europio en las propiedades fotocatalíticas del Ag-Eu/grafito- TiO₂. Los materiales preparados con TiO₂ presentan la fase cristalina anatasa. Los resultados indican que es bajo el efecto estructural de los materiales de TiO₂ cuando se adiciona grafito, europio y plata. Sin embargo, la diferencias en las propiedades fotocatalíticas fueron muy notables. La mejor actividad fotocatalítica se obtuvo con la luz UV y el colorante con mayor degradación fue el Black 5. Además, los materiales dopados con grafito y metales fueran activos con la luz visible.The photocatalyst Ag-Eu/graphite- TiO₂ was synthesized, first by the sol-gel method the titania was prepared, then it was doped with graphite (1%) and with Eu and Ag (0.5%). The effect of the presence of silver and europium on the photocatalytic properties of Ag-Eu / graphite- TiO₂ was studied. Materials prepared with TiO₂ have the anatase crystalline phase. The results indicate that the structural effect of the TiO₂ materials is low when graphite, europium and silver are added. However, the differences in the photocatalytic properties were very notable. The best photocatalytic activity was obtained with UV light and the dye with the greatest degradation was Black 5. Furthermore, materials doped with graphite and metals were active with visible light

Degradación sono-fotocatalítica de orange II usando Fe₂O₃-TiO₂

Fe₂O₃-TiO₂ (1% de Fe) y muestras de TiO₂ puro (como referencia) fueron sintetizados por el método sol-gel. Los catalizadores Fe₂O₃-TiO₂ se prepararon para obtener un contenido de 1% de hierro. El TiO₂ sintetizado fue mezclado y molido con nanopartículas Fe₂O₃. Se determinó su estructura cristalográfica, parámetros de red y tamaño de partícula por difracción de rayos X. El área específica y diámetro de poro fueron determinados por el método BET (N₂ adsorción). Además, se realizaron estudios de degradación mediante reacciones fotocatalíticas y sono-fotocatalíticas, en la degradación del colorante Orange II (ultrasonido 250, 500 y 1000 kHz). Los materiales calcinados mostraron ser nanopartículas mesoporosas de TiO₂ en fase anatasa, con excelentes propiedades sonofotocatalíticas. La mejor actividad sono-fotocatalítica resultante fue mediante el uso de ultrasonido de 500 KHz. La longitud de onda de la fuente de luz no fue importante en las reacciones fotocatalíticas.Fe₂O₃-TiO₂ (1% Fe) samples and pure TiO₂ (as reference) were synthesized by the sol gel method. The Fe₂O₃-TiO₂ catalysts were prepared to obtain a content of 1% of iron. The synthesized TiO₂ was mixed and ground with Fe₂O₃ nanoparticles. Their crystallographic structure, lattice parameters and particle size were determined by X-ray diffraction. The specific area and pore diameter was studied by BET method (N2 adsorption). In addition, degradation studies using Orange II dye sono-photocatalysis were performed (ultrasound 250, 500 and 1000 kHz). The calcined materials showed TiO₂ nanoparticles in anatase phase and the mesoporous structures showed excellent sono-photocatalytic properties. Best sono-photocatalytic activity resulted with the use of ultrasound to 500 KHz. The wavelength of the light source was not important in photocatalytic reactions

Degradación fotocatalítica del paracetamol utilizando diferentes fotocatalizadores de TiO2 dopados con grafeno y plata

La degradación fotocatalítica del paracetamol se investigó utilizando catalizadores sintetizados mediante el método sol-gel. Los óxidos de titanio se sintetizaron mediante el dopado con plata y grafeno al 1%, todos los catalizadores fueron sintetizados mediante la técnica sol-gel. Sus estructuras cristalográficas se determinaron mediante difracción rayos X y Raman espectroscopía, obteniendo fase anatasa y se determinó la estructura del grafeno. Se realizaron pruebas en un reactor por lote donde se evaluó el efecto en la eficiencia de degradación de los diferentes catalizadores sintetizados. La mejor actividad fotocatalítica se encontró con el catalizador TiO2-Ag (1%), usando luz UV, con el cual se alcanzó a remover hasta un 82% del paracetamol con 2 h de tratamiento. Se realizaron cálculos de estructura electrónica para los diferentes confórmeros de la molécula de paracetamol a diferente pH, para entender su interacción con los catalizadores utilizados y subsecuente reacción con radicales hidroxilos en solución.Photocatalytic degradation of paracetamol was investigated using catalysts synthesized by the sol-gel method. Titanium oxides were synthesized by doping with silver and 1% graphene, all catalysts were synthesized by the sol-gel technique. Its crystallographic structures were determined by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, obtaining anatase phase and graphene structure was determined. Tests were carried out on a reactor per batch where the effect on the degradation efficiency of the different synthesized catalysts was evaluated. The best photocatalytic activity was found with the catalyst Tio2-Ag (1%), using UV light (254 nm/13 W of power), with which it was possible to remove up to 82% of the paracetamol with 2 h of treatment. Electronic structure calculations were performed for the different conformers of the paracetamol molecule at different pH, in order to understand their interaction with the catalysts and the subsequent reaction with hydroxyl radicals in solution

Análisis de la energía cinética turbulenta en un tanque de agitación aplicando velocimetría por imágenes de partículas

La aplicación de los tanques de agitación se extiende a lo largo de una gran variedad de industrias, como la alimentaria, la química, la minera, la farmacéutica entre otras, teniendo como principal objetivo alcanzar una mezcla homogénea de su contenido, donde la energía mecánica se transforma en energía cinética. Esto produce un incremento de la velocidad y conlleva a la creación de patrones de flujo que se encuentran dentro del tanque. En este trabajo se analizó la energía cinética turbulenta (TKE, por sus siglas en inglés, Turbulent Kinetic Energy) mediante la técnica de la velocimetría por imágenes de partículas (PIV, por sus siglas en inglés, Particle Image Velocimetry), utilizando la metodología de la resolución angular. Lo cual permitirá observar su variación conforme el impulsor cambia su posición angular con respecto al plano de medición.The employment of the stirred tank extends among a wide industry process, such as the food, the chemical, the mineral processing, the pharmaceutical, and so on. Been its principal aim to achieve a homogeneous mixture of its content. Here the mechanical energy is converted to kinetic energy. Yielding to an increase of the velocity flow and the generation of fluid patterns inside the tank. In this work the Turbulent Kinetic Energy (TKE) was evaluated by means of the Particle Image Velocimetry using the angled-resolved approach. This allow to observe the variation of the TKE when the impeller changes its angular position according to the measured plane

Determinación del campo de velocidad de un tanque agitado utilizando velocimetría por imágenes de partículas

Los tanques de agitación se utilizan para una gran variedad de procesos industriales, por lo cual es importante conocer el comportamiento del flujo que se encuentra en su interior. En el presente trabajo se obtuvo el campo de velocidades en la zona cercana al impulsor, debido a que es ahí donde se transfiere la energía mecánica y es convertida en energía cinética, la cual se manifiesta como un incremento de la velocidad del flujo. Para tal efecto se utilizó la técnica de velocimetría por imágenes de partículas, con la cual se obtuvo la variación del flujo para diferentes planos, permitiendo ver el comportamiento de la velocidad axial, radial y de la magnitud de la velocidad como consecuencia del movimiento del impulsor.The stirred tanks are used for a variety of industrial processes, so it is important to know the behavior of the flow that is inside of it. In the present work, the velocity field was obtained in the are anear the impeller, because in this zone the mechanical energy is transferred and converted into kinetic energy, which manifests itself as an increase in the velocity of the flow. For this purpose, the particle image velocimetry technique was used, to obtain the flow variation for different planes, it allows to see the behavior of the axial, radial and the magnitude of the velocity because of the movement of the impeller

Degradación fotocatalítica de Orange II y Negro reactivo 5 mediante Fe-óxido de grafeno/TiO₂

En este trabajo se estudió la síntesis, caracterización y evaluación fotocatalítica de materiales a base óxido de titanio (TiO₂) impregnado con hierro y óxido de grafeno. Se preparó un material Fe- TiO₂, al cual se le impregnó óxido de grafeno (GO). La caracterización del fotocatalizador se realizó mediante difracción de rayos X (XRD) y UV-Vis reflectancia difusa (DR). La actividad fotocatalítica se evaluó con la degradación de los colorantes Orange II y Negro 5. Los materiales presentaron la fase anatasa y la banda prohibida disminuyó con el contenido de hierro-OG. La presencia de de hierro-(oxido de grafeno) permitieron la degradación de colorantes mediante el uso de luz visible.In this work we studied the synthesis, characterization and photocatalytic evaluation of materials based on titanium oxide (TiO₂) impregnated with iron and graphene oxide. A Fe- TiO₂ material was prepared, which was impregnated with graphene oxide (OG). The characterization of the photocatalyst was carried out by X-ray diffraction (XRD) and UV-Vis diffuse reflectance (DR). The photocatalytic activity was evaluated with the degradation of the Orange II and Black 5 dyes. The materials presented the anatase phase and the band gap decreased with the iron-OG content. The presence of iron-graphene oxide allowed the degradation of dyes by the use ofvisible light

Efecto de la incorporación de europio (Eu) a la red cristalina del catalizador de Titania (TiO₂) dopado con tungsteno (W)

El TiO₂ es un material que presenta un gran interés en varios campos de la ciencia y la tecnología, debido a su gran variedad de propiedades físicas y químicas con muchas aplicaciones específicas. Las aplicaciones fotocatalíticas como las fotoluminiscentes están recibiendo una gran atención debido a su naturaleza semiconductora, además de su baja toxicidad, su obtención relativamente sencilla y su bajo costo hacen que sea un material muy usado en distintos campos. El TiO₂ presenta ciertas limitaciones que pueden ser subsanadas con la introducción de dopantes o codopantes. Para el caso de las propiedades fotocatalíticas el objetivo es desplazar el límite de absorción desde el rango UV hacia la región visible del espectro electromagnético, mientras que en el caso de las propiedades fotoluminiscentes el dopante es el que las define, ya que el TiO₂ no presenta emisión a no ser que haya defectos tipo vacantes de oxígeno o iones Ti³⁺ intersticiales. En este trabajo se presenta la síntesis, caracterización y evaluación de materiales de TiO₂ codopados con W y Eu³⁺ observando aplicaciones fotoluminiscentes y estudiando las diferentes propiedades estructurales con la incorporación de los dopantes a la red estructural del semiconductor.TiO₂ is a material having a great interest in various fields of science and technology because of its wide variety of physical and chemical properties with many specific applications. The photo catalytic and photoluminescent applications are receiving a lot of attention due to its semiconductor nature, in addition to their low toxicity and their relatively simple addition to its low cost makes it a material widely used in various applications obtained. TiO₂ has certain limitations that can be remedied with the introduction of doping or codoping. In the case of photocatalytic properties is moving the target absorption edge of the UV range in the visible region of the electromagnetic spectrum, while in the case of photoluminescent properties which the dew-point is defined as no emission TiO₂unless there is defects kind of oxygen vacancies or interstitial Ti³⁺ ions. In this work the synthesis, characterization and evaluation of materials TiO₂ codoping with Eu³⁺ and W and photoluminescent applications are observing and studying on the different structural properties with the addition of the dopants to the semiconductor structural network is presented