Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales

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Browsing Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales by browse.metadata.advisor "Córdoba Tuta, Elcy María"

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    Construcción y evaluación de un electrolizador asistido por luz para la remoción del mercurio y degradación de cianuro
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Santos Amado, Jose Dario; Córdoba Tuta, Elcy María; González Martínez, Ignacio
    Debido a la creciente preocupación por la contaminación de mercurio y cianuro en las fuentes hídricas por parte de la minería aurífera, se están buscando alternativas amigables con el medio ambiente que permitan la eliminación de estos peligrosos contaminantes, por esta razón, en el presente trabajo de investigación se seleccionó, adaptó y construyó un reactor electroquímico asistido con luz a nivel de banco, el cual fue evaluado en los procesos de reducción de Hg (II) y la oxidación de CN- usando una solución modelo de 206 ppm de Hg (II) y 520 ppm de CN y un efluente proveniente de la minería aurífera. Inicialmente se estableció el intervalo de potencial requerido para lograr la reducción de mercurio y la oxidación de cianuro para la solución modelo. Posteriormente se diseñó y construyó el reactor con geometría cilíndrica y compartimento anódico coaxial y separado por una membrana aniónica con el compartimento catódico, todo esto, basado en antecedentes recientes y en la dinámica de fluidos computacional (CFD) usando el software COMSOL MultiphysicsTM. El ánodo fue una hélice cilíndrica de acero inoxidable AISI 304 recubierta con N-TiO2, mientras el cátodo consistió de 4 mallas coaxiales de acero inoxidable AISI 304 con una abertura de 60 huecos por pulgada. El reactor fue caracterizado hidrodinámicamente, obteniéndose las constantes de transferencia de masa Km en los dos compartimentos anódico y catódico. El compartimento anódico mostró una correlación adimensional Sh=7,7Re0,32Sc0,33, la cual establece que el flujo es de naturaleza laminar. La presente investigación demostró la necesidad de estudiar con mayor profundidad los recubrimientos de TiO2 sobre sustratos conductores de gran área superficial, y de esta manera lograr la construcción de un reactor electroquimico asistido por luz que sea eficiente, de modo que en futuras investigaciones, este tipo de reactor pueda ser usado bajo radiación solar. 1
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    Desarrollo de películas multicapas de fto/cubi2o4/tio2/ wxmo1-xs2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Córdoba Tuta, Elcy María; Acevedo Peña, Próspero
    La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uvvis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal onoff, cronoamperometría onoff e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de 0,07 a 0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a 0,25 mA/cm2. El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1xS2, a que cataliza la reducción del agua
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    Desarrollo de películas multicapas de FTO/CuBi2O4/TiO2/ WxMo1-xS2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Acevedo Peña, Próspero; Córdoba Tuta, Elcy María; Meléndez Reyes, Ángel Manuel; Ropero Vega, José Luis
    La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1-xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1-xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uv-vis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal on-off, cronoamperometría on-off e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de -0,07 a -0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1-xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a -0,25 mA/cm2 . El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1-xS2, a que cataliza la reducción del agua.
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    Estudio de las variables determinantes en la tolerancia de las esmeraldas Colombianas al método de gemas preengastadas para el proceso de micro fundición
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Daza Rico, Juan Carlos; Córdoba Tuta, Elcy María; Alonso Baquero, Arnaldo
    Este trabajo de investigación permitió la caracterización de esmeraldas colombianas clasificadas en tres tipos, dependiendo del grado de limpieza (menor presencia de impurezas) y de agrietamiento. Las esmeraldas estudiadas se sometieron a diferentes temperaturas de calentamiento entre 300 y 1000°C, con el objetivo de estudiar los cambios físicos y estructurales que podían presentarse durante 1 hora de sostenimiento a dichas condiciones. Las técnicas de difracción de rayos X (DRX), espectroscopia Raman e infrarroja (FTIR-ATR), espectrofotometría UV-vis, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microdureza fueron utilizadas para explicar los cambios de tonalidad que exhibieron las gemas con el incremento de la temperatura. Lo anterior permitió establecer una temperatura crítica de 325°C, en donde las esmeraldas no sufren cambios en sus propiedades físicas. Posteriormente, se emplearon piedras cuadradas y redondas de diferentes dimensiones (1,5 mm y 2,5 mm) para el proceso de microfundición a la cera perdida con una aleación de Ag-Cu en su punto eutéctico (780°C) con un contenido de 78% de Ag y 22% de Cu y con una aleación de menor punto de fusión (400°C) compuesta de Zn, Al, Mg y Cu conocida comercialmente como Zamak. Finalmente, los resultados del proceso de microfundición revelaron que es fundamental el tratamiento térmico de 325°C de los revestimientos con las esmeraldas engastadas en los prototipos de cera previo a la colada, para evitar el daño de las gemas y de este modo lograr la viabilidad del proceso.
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    Estudio electroquímico de las propiedades fotoelectrocatalíticas bajo luz visible de películas de óxido de titanio dopado con nitrógeno y flúor en la oxidación de cianuro
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Castellanos Leal, Edgar Leonardo; Córdoba Tuta, Elcy María
    En el presente trabajo de investigación se estudiaron las propiedades fotoelectrocatalíticas de películas de TiO2-NF soportadas sobre láminas de acero inoxidable AISI 304. Para ello se emplearon soles de TiO2 modificados con trietilamina (TEA) y NH4F, que posteriormente, fueron sometidos a un tratamiento hidrotérmico y una calcinación a 400°C. Inicialmente, se prepararon fotocatalizadores en polvo y soportados, con el objetivo de evaluar el proceso fotocatalítico y el fotoelectrocatalítico sobre el colorante naranja de metilo bajo luz visible. Los resultados mostraron que la eliminación del colorante se debe a la acción de los radicales, superóxido e hidroxilo, generados de manera indirecta en la superficie del material. Sin embargo, los polvos modificados únicamente con TEA exhibieron la mejor actividad fotocatalítica, debido a que este agente dopante genera propiedades superficiales superiores, lo que fue evidente en los análisis BET y de potencial Zeta. Por otra parte, en el proceso fotoelectrocatalítico, las películas tratadas con TEA y NH4F presentaron la mayor eficiencia, debido a que, el codopaje del TiO2, además de aumentar la fotoactividad bajo luz visible, por la generación de estados localizados dentro del band gap, favorece el incremento de la hidrofilicidad y la formación de radicales hidroxilo, relacionados con las especies de flúor. Finalmente, se evalúo la actividad fotoelectrocatalítica en soluciones sintéticas de cianuro. Los experimentos se llevaron a cabo imponiendo un potencial de 0.97 V vs SCE en presencia de luz visible. Las películas codopadas presentaron los porcentajes de degradación más elevados durante 150 minutos. En este sistema, el mecanismo de oxidación involucra el proceso de transferencia de carga directa de los portadores de carga fotogenerados, lo que fue observado en el aumento de registros de corriente. Contrario a lo que ocurre en el colorante, donde la generación indirecta de radicales es responsable del proceso de oxidación. _____________________________________
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    Fabricación de andamios c/sic a partir de sacarosa y sílice, con resistencia mecánica y propiedades estructurales comparables con las del hueso trabecular
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Bayona Becerra, Mayra Alejandra; Güiza Argüello, Viviana Raquel; Córdoba Tuta, Elcy María
    Los andamios o scaffolds (por su nombre en inglés) son biomateriales cuya función principal es promover y mantener la regeneración de un tejido particular, con el fin de corregir un defecto causado por enfermedad o lesión. Idealmente, los andamios deberían proporcionar una plataforma tridimensional que posea propiedades morfológicas, mecánicas y bioquímicas apropiadas para apoyar el crecimiento normal de nuevo tejido. Los materiales porosos de carburo de silicio (SiC) han llamado la atención para aplicaciones biomédicas, debido a su hemocompatibilidad, así como su resistencia química y mecánica. Comúnmente, las espumas de SiC se fabrican a partir de polisiloxano, polvos de SiC y resinas fenólicas, las cuales pueden ser costosas o altamente tóxicas para el medio ambiente. El presente trabajo de investigación apuntó al desarrollo de un método de bajo costo para la fabricación de andamios C/SiC altamente porosos, a partir de la técnica de réplica en plantilla, utilizando espumas poliméricas comerciales como plantillas de sacrificio. Se usó una resina de sacarosa como precursor de carbono, la cual fue combinada con sílice o un polímero precerámico de Si, los cuales actuaron como precursores de este elemento. Las plantillas poliméricas se impregnaron con la resina final precursora, seguido de un tratamiento térmico bajo atmósfera inerte. Se evaluaron varios parámetros de síntesis, como la composición de la resina precursora, el tratamiento térmico y la porosidad de la plantilla de sacrificio, en términos de su efecto sobre la morfología, composición y resistencia mecánica de los andamios C/SiC resultantes. Estos andamios sintetizados exhibieron una estructura altamente porosa e interconectada, que contenía hasta un 90 % de SiC, con una resistencia mecánica a la compresión entre 0,01-0,03 MPa. La metodología empleada aquí permitió la fabricación de andamios cerámicos con una concentración variada de SiC, al tiempo que se utilizaron fuentes renovables de bajo costo como el azúcar de mesa, proporcionando además una alternativa de reciclaje para espumas poliméricas comerciales.
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    Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con materiales enrejados metal-orgánicos para su aplicación en almacenamiento de energía
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-07-30) Páez Sánchez, Natalia Patricia; Córdoba Tuta, Elcy María; Vázquez Samperio, Juvencio; Acevedo Peña, Próspero; Caballero Amores, Álvaro; Chaparro Garnica, Jessica Alejandra
    En busca de suplir la demanda energética creciente y disminuir los problemas de contaminación ambiental asociados a esta, diversos materiales para la fabricación de electrodos de dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía han sido estudiados. En este proyecto se presenta como candidato un material 3D poroso a base de carbono, obtenido de la calcinación de plantillas de esponjas de melamina (CPF 3D). Se evaluó la influencia de la temperatura de calcinación (600, 800, 900, 950, 1000, 1200, 1400 °C) en las propiedades fisicoquímicas y electroquímicas del sustrato y se seleccionó como temperatura de calcinación 1000 °C, en la cual el sustrato obtenido (CPF 3D) exhibe alta potencia y energía específica (1,824.20 W/kg y 4.64 Wh/kg) y retención de la capacitancia cercana al 100% luego de 10,000 ciclos de carga/descarga (≈ 60 F/g – 1 A/g). Posteriormente la CPF 3D se modificó mediante precipitación química con uso de Ni(NO3)2 (0.05M) y 2MI (1:5) como precursor iónico y ligante orgánico (CPMF [Ni-ZIFx5]). La caracterización mediante XPS confirmó la formación de la MOF tipo ZIF. Finalmente, se ensambló un dispositivo asimétrico empleando la CPF 3D y la CPMF [Ni-ZIFx5] como electrodos de igualdad másica, negativo y positivo, respectivamente. El dispositivo exhibió un comportamiento tipo supercapacitor híbrido (HSCs) con una potencia y energía específica de hasta 2,871.30 W/Kg y 11.43 Wh/kg, resistencia a la transferencia de carga máxima de 0.01 Ω/g, retención del 98.82% de la capacitancia inicial (28.08 F/g) hasta 5 A/g y retención del 96.12% de la capacitancia inicial (20.27 F/g - 1 A/g) posterior a 1,000 ciclos de carga/descarga. Se determinó que mediante la metodología propuesta es posible obtener un material a base de carbono a partir de esponjas de melamina y modificados con MOF tipo ZIF que muestre un comportamiento sinérgico para ser utilizado como electrodo en dispositivos tipo HSCs.