Use of praseodymium doped cerium oxide in SOFC

La estructura cristalina tipo fluorita, relativamente abierta, que presenta el dióxido de cerio, le otorga al material, propiedades: estructurales, morfológicas, magnéticas y eléctricas únicas, que lo hacen de gran interés para ser usado en el diseño de componentes para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Estas propiedades se ven mejoradas cuando al CeO2 se le modifican en diversas proporciones los cationes Ce por elementos que posean estados de oxidación similares a este. Uno de los elementos que presenta esta característica es el praseodimio, el cual presenta dos estados de oxidación estables el Pr3+ y Pr4+, y al sustituir estos cationes en la estructura cubica del dióxido de cerio, las vacancias de oxigeno aumentan debido a la interconversión de sus estados de oxidación, provocando que la conductividad iónica y electrónica crezcan considerablemente, volviendo a estos materiales más interesantes para ser aplicado en este tipo de tecnologías.The relatively open, fluorite type crystalline structure which presents cerium dioxide, gives the material unique structural, morphological, magnetic and electrical properties, which make it of great interest to be used in the design of components for solid oxide fuel cells (SOFC). These properties are enhanced when CeO2 is modified in various proportions the cations Ce by elements possessing oxidation states similar to this. One of the elements that presents this characteristic is praseodymium, which presents two stable oxidation states Pr3+ and Pr4+, and replacing these cations in the cubic structure of cerium dioxide, oxygen vacancies increase due to the interconversion of their oxidation states, causing the ionic and electronic conductivity to grow considerably, making these materials more interesting to be applied in this type of technology.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Síntesis y caracterización de óxidos nanoestructurados de cerio modificados con praseodimio para ser aplicados en pilas de combustible de óxido sólido

1 recurso en línea (114 páginas) : ilustraciones color, figuras, tablas.The properties of cerium dioxide are due to the fluorite crystal structure, which guarantees the mobility of oxygen ions and electrons on the surface and inside the material. In addition, the modification of cerium cations by praseodymium increase oxygen vacancies due to the interconversion of their oxidation states, causing in the solids, high structural stability at high temperatures, accompanied by improvements in the properties of ionic and electronic conductivity make it of great interest to be used as component in solid oxide fuel cells (SOFC). In this way, the (Ce1-xPrxO2 (X = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) and Pr6O11) system were obtained by the combustion method using citric acid as a chelating agent. In order to determine the best synthesis conditions in terms of the optimum temperature for the consolidation of the desired crystalline phases, thermogravimetric and differential thermal analyzes (TGA-DTA) were performed in a temperature range between 25 °C and 1000 °C. After the combustion and calcination processes, the obtained solids were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), to determine the absorption bands associated with the citrate species formed and the subsequent removal of them after the heat treatment. The structural and morphological characteristics that resulted in the different modifications of cerium oxide after the calcination process at 800 °C were analyzed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), evidencing the obtaining of nanometric crystallites with homogeneous morphology. The magnetic behavior of the different synthesized systems was evaluated by the measurements of magnetization as a function of the temperature and the applied magnetic field, showing that all modifications of cerium oxide with praseodymium ions and pure praseodymium oxide have a paramagnetic behavior, in contrast with CeO2, which exhibits a diamagnetic behavior. In the same way, the magnetic susceptibility analyzes allowed to give an approximation of the oxidation states of the Ce and Pr ions in each of the synthesized oxides, by calculating the effective magnetic moments. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzes corroborated the magnetic analyzes as to the identification of the valences and binding energies of the cerium and praseodymium cations. Surface area analysis using nitrogen adsorption isotherms by the BET method revealed that all the systems synthesized exhibit values between 70 and 135 m2 g-1, with pore volumes consistent with the classification of mesoporous materials. The oxygen storage capacity (OSC) measurements show that the proportional substitution of Ce ions by Pr increases the oxygen storage due to the generation of oxygen vacancies, caused by the presence of Pr3+ ions. In order to determine the structural stability of each oxide synthesized in reducing environments, programmed hydrogen reduction (TPR-H2) experiments were carried out, which allowed us to determine that the materials are partially stable up to 830 ° C. Finally, the electrical characterization by impedance spectroscopy (IE) allowed the determination of the electrical and ionic conduction processes by analyzing the equivalent circuits and the Nyquist diagrams of all the synthesized and calcined solids, identifying the most relevant material in terms conduction, structural stability, morphology and texture to be a possible anodic component in solid oxide fuel cells.Las propiedades del dióxido de cerio se deben en gran medida a la estructura cristalina tipo fluorita, la cual garantiza la movilidad de iones oxígeno y electrones tanto en la superficie como al interior del material. Además, la modificación de cationes cerio por praseodimio logra aumentar las vacancias de oxígeno debido a la interconversión de sus estados de oxidación, provocando en los sólidos, alta estabilidad estructural a altas temperaturas, acompañada de las mejoras en las propiedades de conductividad iónica y electrónica que lo hacen de gran interés para ser usado como componente en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). En este sentido se obtuvieron cinco óxidos de cerio modificados con praseodimio y praseodimio puro (Ce1-xPrxO2 (X = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) y Pr6O11) por el método de combustión, utilizando ácido cítrico como agente quelante. Para determinar las mejores condiciones de síntesis en términos de la temperatura óptima para la consolidación de las fases cristalinas deseadas se realizaron análisis termogravimétricos y térmicos diferenciales (ATG-ATD) en un intervalo de temperatura entre 25 °C y 1000 °C. Luego de los procesos de combustión y calcinación, los sólidos obtenidos se caracterizaron por espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), para determinar las bandas de absorción asociadas con las especies citrato formadas y la posterior eliminación de las mismas luego del tratamiento térmico. Las características estructurales y morfológicas que resultaron en las diferentes modificaciones del óxido de cerio después del proceso de calcinación a 800 °C se analizaron, mediante difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de transmisión (MET) y microscopia electrónica de barrido (MEB), evidenciándose la obtención de cristalitos nanométricos con morfología homogénea. El comportamiento magnético de los diferentes sistemas sintetizados se evaluó mediante las medidas de magnetización en función de la temperatura y el campo magnético aplicado, dejando entrever que todas las modificaciones del óxido de cerio con iones praseodimio y el óxido de praseodimio puro presentan un comportamiento paramagnético, en contraste con el CeO2, el cual exhibe un comportamiento diamagnético. De la misma manera, los análisis de susceptibilidad magnética permitieron dar una aproximación de los estados de oxidación en los que se encuentran los iones Ce y Pr en cada uno de los óxidos sintetizados, mediante el cálculo de los momentos magnéticos efectivos. Los análisis de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), corroboraron los análisis magnéticos, en cuanto a la identificación de los estados de oxidación y las energías de enlace de los cationes cerio y praseodimio. Los análisis de área superficial usando isotermas de adsorción de nitrógeno, por el método BET, revelo que todos los sistemas sintetizados exhiben valores entre 70 y 135 m2 g-1, con volúmenes de poro acordes a la clasificación de materiales mesoporosos. Las medidas de capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC), demuestran que la sustitución proporcional de iones Ce por Pr, incrementa el almacenamiento de oxígeno debido a la generación de vacancias de oxígeno, provocadas por la presencia de iones Pr3+. Para determinar la estabilidad estructural de cada óxido sintetizado en ambientes reductores, se llevaron a cabo experimentos de reducción a temperatura programada de hidrógeno (RTP-H2), los cuales permitieron determinar que los materiales son parcialmente estables hasta 830 °C. Por último, la caracterización eléctrica mediante espectroscopia de impedancias (EI), permitió determinar los procesos de conducción eléctrica y iónica mediante el análisis de los circuitos equivalentes y los diagramas de Nyquist de todos los sólidos sintetizados y calcinados, logrando identificar el material más relevante en términos de conducción, estabilidad estructural, morfología y textura para ser un posible componente anódico en pilas de combustible de óxido sólido.Bibliografía: páginas 104-114.MaestríaMagíster en Químic

Avaliação estrutural e magnetica do sistema CaTi1-xMx O3 (M = Dy, Ho, Gd) (x = 0,5)

In this work we studies and evaluates the structural and magnetic properties of CaTi1-xMxO3 system whereM = Dy, Ho, and Gd, using a substitution level of x = 0.5, in order to improve the magnetic response of synthesized materials by the solid state reaction method. For each system stoichiometric quantities of TiO2, Ho2O3, Dy2O3, Gd2O3 and CaCO3 precursors were used, which were treated at 973,15 K for 2 hours and grounded to ensure the homogeneity of compositions. The structural characterization was initiated by a modelling process provided by the SPuDS software, which allowed to evaluate the critical tolerance values of the structures under temperature conditions. The X-ray diffraction analysis and Rietveld refinement using the GSAS and EXPGUI software, revealed that all samples exhibit an orthorhombic configuration with spatial group Pnma (62). The magnetic characterization evaluates the magnetic behavior of the systems according to the magnetization curves as a function of temperature and the hysteresis curves as a function of the external field that is applied to each of the proposed systems, resulting in a paramagnetic behavior. These results demonstrate that it is necessary to complement this information to provide more effective tools in the synthesis of these materials, when determining the effect of the mass transport properties, that could affect the distribution of cation B and thus to clarify the optimal structure (with possible vacancies Of oxygen), which would lead to the formation of complex extended defects in the solids.En este trabajo estudia y evalúa las propiedades estructurales y magnéticas del sistema CaTi1-xMxO3 donde M = Dy, Ho y Gd, utilizando un nivel de sustitución de x = 0,5, con el fin de mejorar la respuesta magnética de los materiales sintetizados por el método de reacción en estado sólido. Para cada sistema se utilizaron cantidades estequiométricas de TiO2, Ho2O3, Dy2O3, Gd2O3 y CaCO3, las cuales se trataron a 973.15 K durante 2 horas para asegurar la homogeneidad de las composiciones. La caracterización estructural se inició mediante un proceso de modelado proporcionado por el software SPuDS, que permitió evaluar los valores críticos de tolerancia de las estructuras bajo condiciones de temperatura. El análisis de difracción de rayos X y refinamiento de Rietveld utilizando el software GSAS y EXPGUI, reveló que todas las muestras exhiben una configuración ortorrómbica con grupo espacial Pnma (62). La caracterización magnética evalúa el comportamiento magnético de los sistemas de acuerdo con las curvas de magnetización en función de la temperatura y en función del campo magnético externo que se aplica a cada uno de los sistemas propuestos, resultando en un comportamiento paramagnético. Estos resultados demuestran que es necesario complementar esta información para proporcionar herramientas más efectivas en la síntesis de estos materiales, al determinar el efecto de las propiedades de transporte masivo, que podrían afectar la distribución del catión B y así aclarar la estructura óptima (con posibles vacantes de oxígeno), lo que conduciría a la formación de complejos defectos extendidos en los sólidos.O trabalho atual estuda e avalia as propriedades estruturais e magnéticas do sistema CaTi1-xMxO3 ondeM = Dy, Ho e Gd, usando um nível de substituição de x = 0,5, para melhorar a resposta magnética dos materiais sintetizados por o método de reação no estado sólido. Para cada sistema foram utilizadas quantidades estequiométricas de TiO2, Ho2O3, Dy2O3, Gd2O3 e CaCO3, que foram tratadas a 973,15 K por 2 horas para assegurar a homogeneidade das composições. A caracterização estrutural foi iniciada através de um processo de modelagem fornecido pelo software SPuDS, que permitiu avaliar os valores críticos de tolerância das estruturas sob condições de temperatura. A análise de difração e refinamento de raios-X de Rietveld usando o software GSAS e EXPGUI revelou que todas as amostras exibem uma configuração ortorrôbica com um grupo espacial Pnma (62). A caracterização magnética avalia o comportamento magnético dos sistemas de acordo com as curvas de magnetização em função da temperatura e como função do campo magnético externo que é aplicado a cada um dos sistemas propostos, resultando em um comportamento paramagnético. Estes resultados mostram que é necessário complementar esta informação para fornecer ferramentas mais eficazes na síntese desses materiais, ao determinar o efeito das propriedades de transporte em massa, o que pode afetar a distribuição do catião B e, assim, esclarecer a estrutura ideal (com possíveis vagas de oxigênio), o que levaria à formação de defeitos complexos prolongados em sólidos

5to. Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad. Memoria académica

El V Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad, CITIS 2019, realizado del 6 al 8 de febrero de 2019 y organizado por la Universidad Politécnica Salesiana, ofreció a la comunidad académica nacional e internacional una plataforma de comunicación unificada, dirigida a cubrir los problemas teóricos y prácticos de mayor impacto en la sociedad moderna desde la ingeniería. En esta edición, dedicada a los 25 años de vida de la UPS, los ejes temáticos estuvieron relacionados con la aplicación de la ciencia, el desarrollo tecnológico y la innovación en cinco pilares fundamentales de nuestra sociedad: la industria, la movilidad, la sostenibilidad ambiental, la información y las telecomunicaciones. El comité científico estuvo conformado formado por 48 investigadores procedentes de diez países: España, Reino Unido, Italia, Bélgica, México, Venezuela, Colombia, Brasil, Estados Unidos y Ecuador. Fueron recibidas un centenar de contribuciones, de las cuales 39 fueron aprobadas en forma de ponencias y 15 en formato poster. Estas contribuciones fueron presentadas de forma oral ante toda la comunidad académica que se dio cita en el Congreso, quienes desde el aula magna, el auditorio y la sala de usos múltiples de la Universidad Politécnica Salesiana, cumplieron respetuosamente la responsabilidad de representar a toda la sociedad en la revisión, aceptación y validación del conocimiento nuevo que fue presentado en cada exposición por los investigadores. Paralelo a las sesiones técnicas, el Congreso contó con espacios de presentación de posters científicos y cinco workshops en temáticas de vanguardia que cautivaron la atención de nuestros docentes y estudiantes. También en el marco del evento se impartieron un total de ocho conferencias magistrales en temas tan actuales como la gestión del conocimiento en la universidad-ecosistema, los retos y oportunidades de la industria 4.0, los avances de la investigación básica y aplicada en mecatrónica para el estudio de robots de nueva generación, la optimización en ingeniería con técnicas multi-objetivo, el desarrollo de las redes avanzadas en Latinoamérica y los mundos, la contaminación del aire debido al tránsito vehicular, el radón y los riesgos que representa este gas radiactivo para la salud humana, entre otros

Aplicaciones electroquímicas al tratamiento de aguas residuales

El presente libro tiene como finalidad compilar numerosas investigaciones en el campo de la tecnología electroquímica y sus aplicaciones ambientales, contando con la colaboración de un gran número de investigadores tanto nacionales como extranjeros, proponiendo con ello una visión amplia dentro de la aplicación de la electroquímica. Los temas que integran esta obra se escogieron cuidadosamente considerando desde los principios básicos de la electroquímica aplicada al tratamiento de aguas residuales hasta los parámetros a considerar durante el diseño, operación y evaluación de dichos sistemas, sin dejar de lado las aplicaciones utilizadas en la actualidad en la industria, la docencia y la investigación. Este libro reúne diversas temáticas por lo que puede considerarse como un compendio de aquellos elementos que el lector requiere para poder tener una visión amplia de las aplicaciones de la electroquímica en el campo del tratamiento de agua residual.En el Capítulo 1 se presenta una primera impresión de los Fundamentes de la Electroquímica Ambiental, en donde los autores explican cómo esta disciplina es una nueva área de la ciencia en donde se emplean conocimientos de Electroquímica, Ingeniería Química y Ciencia de Materiales, así como las aplicaciones específicas para la remediación ambiental. En el Capítulo 2 los autores ofrecen una descripción de los principales parámetros fisicoquímicos y biológicos que se emplean para definir a la calidad del agua. Este capítulo describe en función de qué características físicas, químicas y biológicas se puede evaluar a un agua residual así como también la aplicación de estas características como variables de control de un proceso de tratamiento y también como el empleo de ellas para limitar las concentraciones máximas permisibles de descarga de aguas residuales. El Capítulo 3 se refiere a uno de los procesos más empleados en el tratamiento de agua: la coagulación-floculación. Se aborda desde una óptica teórica hasta la descripción de un ejemplo de aplicación en la industria. Resulta importante incluir este capítulo ya que uno de los métodos más prometedores en la electroquímica ambiental es la electrocoagulación, la cual se narra en el Capítulo 6. Las bases de las celdas de laboratorio y reactores industriales electroquímicos se relatan en el Capítulo 4. En particular, se refieren las implicaciones que tienen las principales características físicas y de diseño de celdas de laboratorio y reactores electroquímicos industriales que permiten obtener transformaciones eficientes gracias a un correcto control del potencial de electrodo en estos sistemas. La implementación de procesos electroquímicos para su aplicación a nivel industrial, requiere del diseño eficiente del dispositivo central: el reactor electroquímico. Por lo que, en el Capítulo 5 se presentan los elementos de análisis de reactores electroquímicos para su diseño y caracterización. El Capítulo 7 describe bajo qué circunstancias se puede llevar a cabo el proceso de electroflotación. Los autores muestran cómo este proceso está influenciado por el pH de la solución acuosa, la densidad de corriente y el tipo de electrodos que se emplean. El lector encontrará en el Capítulo 8 las bases teóricas de uno de los procesos que involucra la química de la reacción de Fenton, así como las aplicaciones ambientales para el tratamiento de soluciones sintéticas y reales con diferentes contaminantes refractarios, tales como plaguicidas, colorantes, productos de cuidado personal, fármacos y residuos químicos industriales. En el Capítulo 9 se presentan algunos conceptos fundamentales sobre la Electrooxidación, también conocida como oxidación electroquímica, la cual está enfocada a realizar la oxidación de contaminantes presentes en aguas residuales sobre la superficie de electrodos. La tecnología para la electrogeneración de peróxido de hidrógeno y su empleo en el tratamiento de agua residual se describe en el Capítulo 10. Uno de los metales pesados que tienen un alto grado de toxicidad en el ambiente es el Cr(VI), el cual no puede ser removido por métodos convencionales por lo que una tecnología que puede emplearse en este tratamiento se relata en el Capítulo 11. En el Capítulo 12 se presentan los avances más recientes cuando se emplean los métodos electroquímicos con algún otro tipo de tratamiento, lo que ha resultado en la obtención de sinergias en los procesos, lo que implica una reducción en los costos de operación. Finalmente, en el Capítulo 13, se presenta el tema de usos y aplicaciones de sensores químicos y electroquímicos para la detección de contaminantes en agua y agua residual

Reducing the environmental impact of surgery on a global scale: systematic review and co-prioritization with healthcare workers in 132 countries

Abstract Background Healthcare cannot achieve net-zero carbon without addressing operating theatres. The aim of this study was to prioritize feasible interventions to reduce the environmental impact of operating theatres. Methods This study adopted a four-phase Delphi consensus co-prioritization methodology. In phase 1, a systematic review of published interventions and global consultation of perioperative healthcare professionals were used to longlist interventions. In phase 2, iterative thematic analysis consolidated comparable interventions into a shortlist. In phase 3, the shortlist was co-prioritized based on patient and clinician views on acceptability, feasibility, and safety. In phase 4, ranked lists of interventions were presented by their relevance to high-income countries and low–middle-income countries. Results In phase 1, 43 interventions were identified, which had low uptake in practice according to 3042 professionals globally. In phase 2, a shortlist of 15 intervention domains was generated. In phase 3, interventions were deemed acceptable for more than 90 per cent of patients except for reducing general anaesthesia (84 per cent) and re-sterilization of ‘single-use’ consumables (86 per cent). In phase 4, the top three shortlisted interventions for high-income countries were: introducing recycling; reducing use of anaesthetic gases; and appropriate clinical waste processing. In phase 4, the top three shortlisted interventions for low–middle-income countries were: introducing reusable surgical devices; reducing use of consumables; and reducing the use of general anaesthesia. Conclusion This is a step toward environmentally sustainable operating environments with actionable interventions applicable to both high– and low–middle–income countries

Uso del óxido de cerio dopado con praseodimio en SOFC

La estructura cristalina tipo fluorita, relativamente abierta, que presenta el dióxido de cerio, le otorga al material, propiedades: estructurales, morfológicas, magnéticas y eléctricas únicas, que lo hacen de gran interés para ser usado en el diseño de componentes para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Estas propiedades se ven mejoradas cuando al CeO2 se le modifican en diversas proporciones los cationes Ce por elementos que posean estados de oxidación similares a este. Uno de los elementos que presenta esta característica es el praseodimio, el cual presenta dos estados de oxidación estables el Pr3+ y Pr4+, y al sustituir estos cationes en la estructura cubica del dióxido de cerio, las vacancias de oxigeno aumentan debido a la interconversión de sus estados de oxidación, provocando que la conductividad iónica y electrónica crezcan considerablemente, volviendo a estos materiales más interesantes para ser aplicado en este tipo de tecnologías.The relatively open, fluorite type crystalline structure which presents cerium dioxide, gives the material unique structural, morphological, magnetic and electrical properties, which make it of great interest to be used in the design of components for solid oxide fuel cells (SOFC). These properties are enhanced when CeO2 is modified in various proportions the cations Ce by elements possessing oxidation states similar to this. One of the elements that presents this characteristic is praseodymium, which presents two stable oxidation states Pr3+ and Pr4+, and replacing these cations in the cubic structure of cerium dioxide, oxygen vacancies increase due to the interconversion of their oxidation states, causing the ionic and electronic conductivity to grow considerably, making these materials more interesting to be applied in this type of technology