Remoción electrocatalítica de iones nitrato sobre nano espumas de cobre sintetizadas electroquímicamente con plantilla dinámica de hidrógeno

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dc.contributor.advisorMeléndez Reyes, Ángel Manuel
dc.contributor.authorQuintana Rondón, Andrés Fernando
dc.date.accessioned2023-04-06T12:53:41Z
dc.date.available2023
dc.date.available2023-04-06T12:53:41Z
dc.date.created2019
dc.date.issued2019
dc.description.abstractLa alta concentración de iones nitrato en aguas es uno de los problemas de contaminación y salud humana más importantes en el mundo, por ello es necesario el desarrollo de mejores técnicas para eliminarlo. La reducción electroquímica es uno de los métodos más atractivos para este propósito, el cobre por sus características electrocatalíticas y alta disponibilidad es el material de electrodo más prometedor para este propósito. Actualmente un reto para desarrollar una tecnología electroquímica es el desarrollo de materiales de electrodo que, por un lado, tengan una alta área superficial y por el otro, tengan características estructurales (por ejemplo, planos cristalinos preferenciales) que contribuyan a aumentar la reducción catalítica de iones nitrato. En esta investigación se realizó ingeniería de materiales nanoestructurados a través de la modificación del mecanismo de electrodeposición del material electrocatalítico por adición de aditivos a soluciones ácidas de cobre(II), con el fin de modificar las características estructurales de 5 nanoespumas metálicas, usando la reacción de evolución de hidrógeno como plantilla dinámica para obtener distintas estructuras. Las nanoespumas de cobre sintetizadas fueron caracterizadas por microscopía electrónica barrido de emisión de campo, la cual mostró que se obtuvieron estructuras 3D con porosidad micro y nanométrica con morfologías que van desde dendritas, poliedros hasta cubos con orientaciones cristalográficas bien determinadas. El mecanismo que llevó a la obtención de estas estructuras fue estudiado por voltamperometría. A partir de estudios voltamperométricos se eligió el material de electrodo con las mejores propiedades electrocatalíticas, y se evaluó en la eliminación de iones nitrato por espectroscopía UV-vis. Los resultados de la macroelectrólisis mostraron que, sobre la nanoespuma obtenida a partir de una solución 0,4 M CuSO4 en 1,5 M H2SO4 adicionando 10 mM NaCl (densidad de corriente: -3,0 A/cm2), la remoción de nitrato se triplicó con respecto a una lámina de Cu de la misma área geométrica, convirtiendo a este en un material prometedor para la eliminación de este contaminante.
dc.description.abstractenglishThe high nitrate concentration in water is one of the most important problems of contamination and human health in the world, hence, the development of better techniques for its removal is necessary. The electrochemical reduction is one of the most attractive methods to achieve this purpose. Metallic copper is the most promising electrode material due to their electrocatalytic characteristics and high availability. Nowadays, the challenge to develop an electrochemical technology for nitrate removal is the electrode materials development, having a high surface area and specific structural characteristics (e.g. preferential crystalline planes) to increase the nitrate catalytic reduction. Therefore, engineering of nanostructured materials was made in this research through modification of the electrodeposition mechanism of copper by adding additives to copper(II) acid solutions, in order to modify the structural characteristics of five metallic nanofoams using the hydrogen evolution reaction as a dynamic template to synthesize different structures. The synthesized copper nanofoams were characterized by field emission scanning electron microscope. 3D structures with micro and nanometric porosity and morphological tuning of dendrites to truncated polyhedrons and cubes with well-defined crystallographic orientations were obtained. The mechanism involved in the structural changes of copper nanofoams was studied by voltammetry. The electrode material with the best electrocatalytic properties was chosen by voltammetric studies, and the nitrate degradation was evaluated by UV-vis spectroscopy. The macroelectrolysis results showed that over the copper nanofoam, synthesized on 0.4M CuSO4 in 1,5 M H2SO4 and 10 mM NaCl (current density: -3.0 A/cm2), the nitrate removal was triplicated with respect to a copper plate of the same geometric area, becoming a promising material for the elimination of this pollutant.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero Metalúrgico
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/13672
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías Fisicoquímicas
dc.publisher.programIngeniería Metalúrgica
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectNanoespuma metálica
dc.subjectElectrocatalizador
dc.subjectDescontaminación de agua
dc.subjectNitrato
dc.subject.keywordMetallic Nanofoam
dc.subject.keywordElectrocatalyst
dc.subject.keywordWater Decontamination
dc.subject.keywordNitrate
dc.titleRemoción electrocatalítica de iones nitrato sobre nano espumas de cobre sintetizadas electroquímicamente con plantilla dinámica de hidrógeno
dc.title.englishElectrocatalytic removal of nitrate ions on copper nanofoams electrochemically synthesized with hydrogen bubble dynamic template
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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