Formulación de catalizadores basados en el reciclaje del cátodo de baterías gastadas de Mn-Zn para la combustión de metano

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dc.contributor.advisorBaldovino Medrano, Víctor Gabriel
dc.contributor.advisorMorales Valencia, Édgar Mauricio
dc.contributor.advisorBallesteros Rueda, Luz Marina
dc.contributor.authorVelasco Rozo, Edwing Alexander
dc.contributor.evaluatorKarelovic Burotto, Alejandro Iván
dc.contributor.evaluatorCobo Ángel, Martha Isabel
dc.contributor.evaluatorMartínez Ortega, Fernando
dc.contributor.evaluatorDelvasto Angarita, Pedro Luis
dc.contributor.evaluatorPedraza Avella, Julio Andrés
dc.date.accessioned2022-12-06T13:04:21Z
dc.date.available2022-12-06T13:04:21Z
dc.date.created2022-12-05
dc.date.issued2022-12-05
dc.description.abstractComo se demostró, las fuentes secundarias de manganeso como el cátodo de las baterías gastadas, podrían usarse para producir catalizadores basados en óxidos de manganeso activos en procesos de combustión catalítica de metano. En este sentido, convertimos el polvo de cátodo recuperado de las baterías alcalinas gastadas de Zn-Mn en nanobarras de MnOx reducibles y oxidantes en un solo paso basado en los procesos simultáneos de disolución del cátodo y cristalización de MnOx. Entre las nanobarras sintetizadas, las basadas en ε-MnO2 fueron catalíticamente tan eficientes en la combustión de metano como el polvo de γ-MnO2 de referencia. Encontramos que esto último se debió a un equilibrio adecuado entre la reducibilidad, la concentración de oxígeno en la superficie y en la red, y el estado de oxidación promedio del manganeso. Por otro lado, reprodujimos una formulación de catalizador a partir del cátodo recuperado, adaptable a un proceso industrial. Se sintetizaron pellets de tipo cilíndrico activos para la reducción de metano usando un proceso de síntesis circular y verde, mediante la extrusión de una pasta compuesta de agua y polvos de cátodo recuperado, caolinita y alúmina. La composición influyó tanto en las propiedades mecánicas como catalíticas de los pellets: la caolinita mejora la resistencia mecánica, pero afecta negativamente la actividad catalítica porque bloquea el acceso de los reactivos al interior del pellet; la alúmina, por el contrario, disminuye la resistencia mecánica y aumenta la actividad debido a que rompe la continuidad de la matriz de caolinita, aumentando la porosidad del pellet. Por la contribución adicional de la alúmina a la conductividad térmica de los pellets, las formulaciones basadas en 20 % en peso del cátodo recuperado y 50 % en peso de alúmina fue la más activa, y térmica y mecánicamente estable.
dc.description.abstractenglishAs demonstrated, secondary sources of manganese, such as the cathode of spent batteries, could be used to produce catalysts based on active manganese oxides in catalytic methane combustion processes. In this sense, we converted the cathode powder recovered from the spent Zn-Mn alkaline batteries into reducible and oxidant nanorod-like materials in a single step based on the simultaneous processes of dissolution of the cathode and MnOx crystallization. Among the synthesized nanorods, those based on ε-MnO2 were as catalytically efficient in the combustion of methane as a benchmark γ-MnO2 powder. We found that the latter was due to an adequate balance between reducibility, surface and lattice oxygen concentration, and the average oxidation state of manganese. On the other hand, we reproduce a catalyst formulation based on the recovered cathode, adaptable to a catalytic industrial process. Cylindrical-like pellet catalysts active for methane abatement were synthesized based on a circular and green synthesis process. They were formed by extruding a paste composed of water and the powders of recovered cathode, kaolinite, and alumina. The composition influenced both mechanical and catalytic properties of the pellets: kaolinite improves the mechanical resistance, but it negatively affects the catalytic activity because it blocks the access of the reactants to the interior of the pellet; the alumina, on the other hand, decreases the mechanical resistance and increases the activity of the pellets due to disrupt the continuity of the kaolinite matrix, increasing the porosity of the pellet. In particular, by the additional contribution of the alumina to the pellet thermal conductivity, the formulations based on 20 % wt. of recovered cathode and 50 % wt. of alumina were the most active and thermally and mechanically stable.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001387984
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/20.500.14071/12223
dc.language.isoeng
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/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.subjectFuentes secundarias
dc.subjectLixiviación ácida
dc.subjectNanobarras de MnOx
dc.subjectPellets de MnOx
dc.subjectOxidación catalítica
dc.subject.keywordSecondary sources
dc.subject.keywordAcid Leaching
dc.subject.keywordMnOx Nanorods
dc.subject.keywordMnOx Pellets
dc.subject.keywordCatalytic Oxidation
dc.titleFormulación de catalizadores basados en el reciclaje del cátodo de baterías gastadas de Mn-Zn para la combustión de metano
dc.title.englishFormulation of catalysts based on the upcycling of the cathode of spent Mn-Zn batteries for the combustion of methane
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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