Escuela de Ingeniería Química

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Browsing Escuela de Ingeniería Química by browse.metadata.evaluator "Ballesteros Rueda, Luz Marina"

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    Desarrollo de un sistema fotoelectroquímico para la producción de H2 a partir de agua contaminada con sulfuro
    (Universidad Industrial de Santander, 2024-10-26) Carreño Lizcano, María Isabel; Niño Gómez, Martha Eugenia; Pedraza Avella, Julio Andrés; Martínez Huitle, Carlos Alberto; Machuca Martínez, Fiderman; Botero Londoño, Mónica Andrea; Laverde Cataño, Dionicio Antonio; Ballesteros Rueda, Luz Marina
    El agua de producción es considerada un desecho, ya que al entrar en contacto con los hidrocarburos y los diversos componentes de la formación geológica, adquiere características que la hacen tóxica e inadecuada para diversas actividades, como la agricultura e incluso la reinyección, si no recibe un tratamiento adecuado. Los tratamientos disponibles para aguas de producción presentan por lo general tres etapas, en el tratamiento primario se lleva a cabo la separación de los compuestos con mayores diferencias como lo son sólidos y grasas dispersas, la segunda etapa del proceso incluye el tratamiento de algunos compuestos disueltos y, por último, la tercera etapa es utilizada para eliminar los compuestos más difíciles. La fotoelectroquímica se propone como posible tecnología en el tratamiento de este tipo de efluentes. En esta tecnología el uso de materiales semiconductores fotoactivos, así como los procesos electroquímicos que los acompañan, se integran de forma tal que se evidencia una sinergia entre sus componentes. En este trabajo se desarrollaron materiales semiconductores basados en ZnO y Bi2O3 dopados con S, además de heterouniones de Bi2S3/Bi2O3. Los materiales presentaron un transporte eficiente de electrones desde el fotoánodo al cátodo logrando la generación de un alto flujo de electrones que permitieron la electrolisis fotoasistida del agua y el ciclo de oxidación-reducción de los electrolitos presentes en las aguas de producción, dando lugar a la formación de una mayor densidad de corriente y por tanto mayor cantidad de hidrógeno formado. La heterounión Bi2S3/Bi2O3 presentó las mejores propiedades fotoelectroquímicas, su uso fue evaluado en un reactor tipo filtro prensa con flujo, a escala banco, previamente diseñado por el grupo de investigación GIMBA. Durante el desarrollo de este trabajo se llevó a cabo la comparación de dos reactores fotoelectrolíticos, para lo cual se empleó dinámica de fluidos computacional (DFC) a través del software Comsol Multiphysics para la determinación de la distribución de tiempos de residencia. Para la validación experimental se estableció un método de seguimiento de un trazador, obteniendo como respuesta una señal de tipo escalón. Por último, se llevaron a cabo pruebas de producción de hidrógeno en los reactores UIS-GIMBA 1.0 y UIS-GIMBA 1.1 obteniendo valores cercanos a las 350 ppm durante 4 horas de operación continua para el reactor UIS-GIMBA 1.1.
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    Efecto de nanopartículas de oro y nanoestructuras de carbono sobre la respuesta electroquímica de biosensores para la detección de ADN
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cobos Suárez, Julián René; Sánchez Torres, Viviana; Pedraza Avella, Julio Andrés; Ropero Vega, José Luis; Castillo León, John Jairo; Ballesteros Rueda, Luz Marina
    En este trabajo se estudiaron diferentes configuraciones en la deposición por adsorción de nanoestructuras de carbono tales como óxido de grafeno (GO), nanotubos de carbono multipared (MWCNT) y la sinergía entre ellos, sobre electrodos serigrafiados con el fin de estudiar el efecto del transporte eléctrico en la señal electroquímica para la detección de ADN modelo de E. coli. Entre los materiales empleados están: ácido tetracloroaúrico, nanotubos de carbono multipared y óxido de grafeno funcionalizados, sondas de ADN y electrodos serigrafiados. Se sintetizaron por cronoamperometría nanopartículas de oro (AuNPs) sobre los electrodos para la inmovilización del receptor (Aptámero tiolado) mediante grupos tiol. La dispersión de las nanoestructuras de carbono se caracterizó por espectroscopía Raman y espectroscopía UV-Vis. La morfología de las nanoestructuras fue analizada por microscopia electrónica de barrido (SEM). Para el proceso de cada modificación de los electrodos se aplicó una caracterización electroquímica mediante las técnicas de Voltamperometría cíclica (CV), Voltamperometría de onda cuadrada (SWV) y Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en soluciones del par redox K4[Fe(CN)6]3-/4; monitoreadas en un potenciostato / galvanostato VersaSTAT 3. Los resultados mostraron que el biosensor con la incorporación de MWCNT alcanzó la respuesta electroquímica más alta. Este biosensor basado en ADN, logró detectar concentraciones de ADN complementario en el rango de 1.0 × 10-11 a 1.0 × 10-7 M con alta reproducibilidad, alcanzando un límite de detección de 0.21 nmol/L. Los resultados revelaron el impacto de modificar los transductores con nanomateriales de carbono en el mejoramiento de los parámetros análiticos de los biosensores.
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    Estudio de los procesos simultáneos de hidrotratamiento durante el coprocesamiento de aceite de pirólisis con corrientes de refinería
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-03-17) Sarmiento Chaparro, José Aristóbulo; Nabarlatz, Débora Alcida; Castillo Monroy, Édgar Fernando; Maradei García, María Paola; Laurenti, Dorothée; Castillo Araiza, Carlos Omar; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Duarte Duarte, Diana Paola; Morales Medina, Giovanny
    El sexto informe de evaluación sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas, publicado por el Grupo Intergubernamental de Expertos ha advertido sobre la amenaza a la que nos enfrentamos como humanidad si no se toman medidas urgentes para disminuir las emisiones de CO2. Varios sectores y empresas proponen cero emisiones netas de CO2 para 2050 para hacer frente a este desafío. Con este objetivo, el sector energético necesitará cambios significativos, incluida una mayor demanda de energías renovables como la eólica, solar, fotovoltaica, hidroeléctrica y geotérmica. En el sector transporte, el uso de biocombustibles de bajas emisiones, vehículos eléctricos e híbridos aumentará significativamente. Una opción para disminuir las emisiones de CO2 en las refinerías de petróleo es el coprocesamiento de derivados de biomasa como aceites vegetales, reciclados y de pirólisis en unidades de proceso ya existentes. En este trabajo se presenta un estudio sobre el coprocesamiento de gasóleo al vacío y aceite de pirólisis obtenido de maderas blandas. Los experimentos se llevaron a cabo en una planta piloto de hidrotratamiento de lecho fijo a una temperatura de 390 °C, una presión de 96 bar, una relación H2/líqido de 650 LN/L y utilizando una disposición de catalizadores comerciales de Co-Mo/Al2O3 y NiMo/Al2O3. La severidad de la reacción fue modificada cambiando la velocidad espacial en el rango de 1.8 a 1.0 h-1. Se prepararon emulsiones de aceite de pirólisis y gasóleo de vacío de hasta 3 % v/v utilizando mezcladores ultra turrax y de microfluidización; estas emulsiones se utilizaron como alimento para la planta piloto. Los productos de reacción se analizaron mediante métodos analíticos ASTM convencionales y mediante espectrometría de masas de alta resolución con transformados de Fourier (FT-ICR/MS). Los resultados mostraron que la tendencia a la formación de coque en el reactor se reduce cuando el tamaño de la gota Bio-Oil es menor. La velocidad de las reacciones de hidrodesnitrogenación, medida por la constante de velocidad aparente kapp, se inhibe cuando el Bio-Oil está presente como gotas de gran tamaño. FT-ICR/MS demostró que este efecto inhibitorio, a nivel molecular, se debe a una menor saturación de anillos aromáticos que contienen nitrógeno; el primer paso en el mecanismo de HDN. Estos efectos inhibitorios no ocurren cuando el tamaño de la gota del aceite de pirólisis está en el rango de 1-3 micrómetros. Estos resultados sugieren que la transferencia de masa de hidrógeno de la fase gaseosa a la fase líquida juega un papel vital para controlar la actividad y la selectividad cuando se coprocesan materias primas de diferentes orígenes como el bioaceite y el VGO
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    Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis
    (Universidad Industrial de Santander, 2024-09-09) Cañas Martínez, Diana Marcela; Pedraza Avella, Julio Andrés; Kibria, Md Golam; Macedo Tavares, Carlos José; Valencia Sánchez, Hoover Alberto; Córdoba Tuta, Elcy María; Henao Martínez, José Antonio; Ballesteros Rueda, Luz Marina
    Ilmenita natural (FeTiO3) fue dopada con magnesio o estroncio con el objetivo de mejorar su desempeño fotorreductor en la conversión de CO2 a combustibles alternativos. El dopaje se logró mediante molienda de alta energía en presencia de óxidos o nitratos de Mg o Sr. La caracterización fisicoquímica de las muestras obtenidas evidenció que el dopaje con MgO condujo a diferentes etapas de dopaje y aumentó la cantidad de vacancias de oxígeno en la estructura, mientras que el dopaje con Mg(NO3)2 implicó la inserción no intencionada de especies de N. Mientras tanto, el dopaje con SrO y Sr(NO3)2 no mostró diferencias en las especies de Sr y O contenidas en los materiales. La adsorción de CO2 mejoró mediante el dopaje con Mg y Sr. Se evidenciaron desplazamientos de la banda de conducción a potenciales más negativos para la ilmenita dopada con Mg. También se evidenciaron efectos indirectos como aumentos en el máximo de la banda de valencia y la introducción de niveles de energía intermedios. En el caso de la ilmenita dopada con Sr, la banda de conducción no se vio afectada drásticamente, mientras que la banda de valencia mostró variaciones importantes, atribuidas a la incorporación de Sr en la estructura. La exhaustiva caracterización fotoelectroquímica mostró la naturaleza de tipo n de los materiales semiconductores y permitió establecer los principales efectos de la inserción de Mg y Sr en propiedades como la densidad de portadores de carga, la generación de pares electrón/hueco y la resistencia a la transferencia de carga. La fotorreducción de CO2 en solución acuosa condujo a la evolución de productos gaseosos y líquidos: se identificaron H2, CH4, C2H4, C2H6, CH3OH, CH3COOH y CH3CH2CH2OH. La inserción de Mg y Sr en la ilmenita permitió aumentos de casi 35 y 29 veces en el rendimiento de producción de combustible, de 6,04 µmol h-1 gcat 1 alcanzado por la ilmenita pretratada a 210,9 y 175,2 µmol h-1 gcat 1, alcanzados por la ilmenita dopada con Mg y dopada con Sr, respectivamente. La fotoactividad de la ilmenita dopada con Mg fue influenciada por la densidad de portadores de carga junto con el desplazamiento de la banda de conducción, mientras que, para la ilmenita dopada con Sr, fue mejorada por la inserción de Sr y su influencia en la generación y transferencia de pares electrón/hueco. El potencial de la ilmenita natural en la conversión de CO2 fue evidenciado por la obtención de productos gaseosos C2+ y productos líquidos C3+.