Desarrollo de un sistema fotoelectroquímico para la producción de H2 a partir de agua contaminada con sulfuro

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dc.contributor.advisorNiño Gómez, Martha Eugenia
dc.contributor.advisorPedraza Avella, Julio Andrés
dc.contributor.authorCarreño Lizcano, María Isabel
dc.contributor.evaluatorMartínez Huitle, Carlos Alberto
dc.contributor.evaluatorMachuca Martínez, Fiderman
dc.contributor.evaluatorBotero Londoño, Mónica Andrea
dc.contributor.evaluatorLaverde Cataño, Dionicio Antonio
dc.contributor.evaluatorBallesteros Rueda, Luz Marina
dc.date.accessioned2024-11-14T20:41:31Z
dc.date.available2024-11-14T20:41:31Z
dc.date.created2024-10-26
dc.date.embargoEnd2034-10-26
dc.date.issued2024-10-26
dc.description.abstractEl 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.
dc.description.abstractenglishProduction water is considered a waste, since when it comes into contact with hydrocarbons and the various components of the geological formation, it acquires characteristics that make it toxic and unsuitable for various activities, such as agriculture and even reinjection, if it does not receive adequate treatment. The treatments available for production water usually have three stages, in the primary treatment the separation of the compounds with greater differences such as solids and dispersed fats is carried out, the second stage of the process includes the treatment of some dissolved compounds and, finally, the third stage is used to eliminate the most difficult compounds. Photoelectrochemistry is proposed as a possible technology in the treatment of this type of effluent. In this technology, the use of photoactive semiconductor materials, as well as the electrochemical processes that accompany them, are integrated in such a way that a synergy between their components is evident. In this study, semiconductor materials based on ZnO and Bi2O3 doped with S were developed, as well as Bi2S3/Bi2O3 heterojunctions. The materials presented an efficient transport of electrons from the photoanode to the cathode achieving the generation of a high flow of electrons that allowed the photoassisted electrolysis of water and the oxidation-reduction cycle of the electrolytes present in the production waters, leading to the formation of a higher current density and therefore greater amount of hydrogen formed. The Bi2S3/Bi2O3 heterojunction presented the best photoelectrochemical properties, its use was evaluated in a filter-press reactor with flow, at bench scale, previously designed by the GIMBA research group. During the development of this study the comparison of two photoelectrolytic was carried out, for which computational fluid dynamics (DFC) was used through the Comsol Multiphysics software for the determination of the distribution of residence times. For the experimental validation, a method of tracking a tracer was established, obtaining as a response a step-type signal. Finally, hydrogen production tests were carried out in the UIS-GIMBA 1.0 and UIS-GIMBA 1.1 reactors, obtaining values close to 350 ppm during 4 hours of continuous operation for UIS-GIMBA 1.1 reactor.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001420689
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
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/20.500.14071/44724
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectProducción de hidrógeno a escala banco
dc.subjectHeterouniones
dc.subjectAplicación fotoelectrocatalítica
dc.subject.keywordBench-Scale Hydrogen Production
dc.subject.keywordHeterojunctions
dc.subject.keywordPhotoelectrocatalytic Application
dc.titleDesarrollo de un sistema fotoelectroquímico para la producción de H2 a partir de agua contaminada con sulfuro
dc.title.englishDevelopment of a Photoelectrochemical System for Hydrogen Production from Sulfur Contaminated Water
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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