Ingeniería y Arquitectura
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Item Caracterización de arena impregnada con dióxido de titanio (TiO2) como catalizador heterogéneo en el proceso de ozonización de aguas contaminadas con Naproxeno, Ketoprofeno y Cimetidina(2019) Sáenz Roblero, Bryan; Durán Herrera, EstebanEl objetivo principal del presente proyecto fue la caracterización de un catalizador heterogéneo de arena volcánica impregnada con TiO2 para el proceso de ozonización catalítica en la degradación de Naproxeno, Ketoprofeno y Cimetidina. Se estudió el efecto de 4 factores: pH inicial, porcentaje de TiO2 en la preparación del catalizador, concentración de catalizador suspendido, y concentración de ozono alimentado. Además, se evaluó la capacidad de reutilización del catalizador en 4 ciclos de reúso a las mismas condiciones. Finalmente, se realizaron pruebas para caracterizar el catalizador a través de una Difracción de Rayos X (XRD), Espectrometría de Rayos X, y Microscopia de Barrido Electrónico (SEM). En la determinación del efecto del pH inicial en el proceso de ozonización no catalítica, se obtuvo a qué a medida el pH inicial de reacción aumentaba, la degradación promedio de los contaminantes también lo hacía. Por lo cual se concluyó que el pH inicial de 10 fue el que presentó un mejor desempeño, logrando una degradación promedio de 94.18 % de Ketoprofeno, y una degradación promedio total de 98.47 % en 10 minutos. Por otro lado, en el proceso de ozonización catalítica, se determinó que el mejor pH inicial fue el de 7 pues obtuvo un 97.14 % de degradación promedio de Ketoprofeno y una degradación promedio total de 98.463 en 10 minutos. Se comprobó que usando 0 % de TiO2 en la preparación del catalizador tuvo una mayor degradación promedio de Ketoprofeno (72.54 %) y promedio total (90.74 %) en comparación a los catalizadores de 2.5 % de TiO2 (66.34 % y 89.43 %) y 5 % de TiO2 (30. 85 % y 85.21 %) en 30 minutos de reacción. Por otra parte, se constató que utilizando 1.0 g/L de catalizador suspendido, se obtiene una mayor degradación promedio de Ketoprofeno (72.54 %) y promedio total (90.74 %) comparándolo con 0.5 g/L (51.19 % y 86.41 %) y 2.0 g/L (40.17 % y 80.01%) de catalizador suspendido en 30 min de reacción...Item Preparación, caracterización y comparación de soportes catalíticos estructurados para reactores de lecho percolador, con aplicación en ozonización catalítica heterogénea(2018) Hurtado Bolaños, Alonso Javier; Durán Herrera, EstebanEl proyecto de investigación tuvo como objetivo preparar, caracterizar y comparar tres diferentes soportes estructurados para reactores de lecho percolador con aplicación en ozonización catalítica heterogénea. Específicamente como soporte se utilizaron espumas cerámicas, honeycombs y pellets esféricos, los cuales fueron escogidos por medio de una matriz de selección utilizando diferentes criterios como el costo, la eficiencia en procesos oxidativos, propiedades mecánicas, porosidad, área superficial, entre otros. Asimismo, se decidió utilizar un catalizador de dióxido de titanio para la inmovilización de los soportes. Por otro lado, se escogió como contaminante modelo la cafeína, al ser esta un contaminante emergente con impacto en la salud humana y en el medio ambiente. La investigación fue dividida en tres etapas, la primera de ellas fue la realización de pruebas previas para definir un método de cuantificación para la cafeína y las posibles concentraciones de trabajo; se definió un método ultravioleta-visible, elaborando una curva de calibración entre los 10 mg/L y los 70 mg/L para la cuantificación del analito. Asimismo se realizaron ajustes técnicos y pruebas al reactor de lecho percolador con el fin de definir los posibles flujos de trabajo de líquido y gas que podían utilizarse. Por último, durante esta primera etapa se realizaron pruebas a los soportes, con el fin de conocer la conversión de cafeína que permiten cuando no se encuentran con el catalizador, y poder atribuirle una mejora al proceso, al ser los mismos inmovilizados con dióxido de titanio. Durante la segunda etapa, se realizó la inmovilización de los soportes preparando una suspensión de dióxido de titanio y colocando los soportes en la misma por un tiempo definido para luego vaciar la suspensión, y posteriormente secar a 120 °C y calcinar a 700 °C. Con el fin de caracterizar el soporte inmovilizador con el catalizador se realizaron pruebas...Item Evaluación del desempeño de un catalizador heterogéneo compuesto por TiO2-diatomita que integra los procesos de oxidación avanzada de fenton, fotocatálisis y UV/H2O2 en la degradación de cafeína como contaminante modelo en agua(2016) Vargas López, Víctor Daniel; Durán Herrera, EstebanEl presente proyecto de investigación tuvo como objetivo principal la evaluación del desempeño de un catalizador de diatomita modificado con TiO2 que integró los procesos de oxidación avanzada de Fenton, fotocatálisis y UV/H2O2 en la degradación de cafeína como contaminante modelo. Se evaluó la diatomita tanto como catalizador heterogéneo así como soporte para catalizador. Inicialmente se trabajó con tres grupos de catalizadores, en los cuales se evaluó por separado la contribución de cada proceso involucrado. De esta forma se obtuvieron diferentes catalizadores heterogéneos, siendo el de mayor interés el catalizador propuesto, que integró los tres procesos de oxidación avanzada antes mencionados, compuesto de hierro, cobre y TiO2 soportados sobre diatomita. El catalizador en cuestión se caracterizó mediante diversas técnicas: se le realizó un estudio de adsorción, análisis de difracción de rayos-X (XRD), espectroscopía de plasma acoplada inductivamente (ICP), espectroscopía infrarroja (FTIR), micrografías SEM y análisis EDX. Además, se analizó el consumo de H2O2 por parte del catalizador y se determinó su punto de carga cero (PCC). Por último, se estudió su capacidad de reutilización y filtración tras varios ciclos de uso. Se determinó que el procedimiento de impregnación no modificó la estructura de la diatomita utilizada. Cada uno de los sustratos modificados a partir de diatomita se estudiaron a diferentes condiciones de operación, de acuerdo a lo requerido por cada proceso realizado. Los catalizadores impregnados con los metales hierro y cobre fueron examinados a condiciones del proceso de Fenton heterogéneo; los catalizadores impregnados con TiO2 se analizaron bajo condiciones de fotocatálisis; y el catalizador propuesto se analizó integrando cada uno de los procesos anteriormente mencionados. Además, se empleó el catalizador propuesto y se aplicó la metodología Taguchi para realizar un diseño...Item Evaluación del efecto del pretratamiento mediante ozonación catalítica heterogénea sobre la producción fermentativa de hidrógeno, utilizando lixiviados de relleno sanitario como sustrato(2016) Mora Medina, Fausto Antonio; Durán Herrera, EstebanEste proyecto de investigación surgió como una oportunidad para acoplar los procesos de oxidación avanzada a los procesos fermentativos que puede experimentar un lixiviado de relleno sanitario, de modo que este residuo pudiera ser aprovechado para la producción de hidrógeno y su consecuente generación de energía limpia. El objetivo principal de este proyecto consistió en evaluar si un pretratamiento, a base de ozonación catalítica, puede mejorar significativamente la producción fermentativa de hidrógeno a partir de lixiviados de relleno sanitario y determinar si este sustrato es viable como fuente potencial de biohidrógeno para la industria. El proyecto se dividió en dos etapas fundamentales que están vinculadas entre sí: primero, cuantificar los cambios de DQO y DBO ocasionados por la ozonación de los lixiviados, como forma de evaluar la eficiencia del proceso ozonativo; segundo, cuantificar la producción fermentativa total de hidrógeno alcanzada con las corridas pretratadas y comparar su rendimiento con el obtenido a partir de los lixiviados iniciales. Para analizar los resultados, se propuso un diseño estadístico de Taguchi que permitiera estudiar cuatro variables que poseen tres niveles cada una. Las variables definidas fueron la dosis de ozono aplicada (expresada como tiempo de reacción), el pH inicial de las muestras, el tipo de catalizador utilizado (diatomita impregnada con metales) y el tipo de lixiviado a tratar. Las combinaciones de variables para cada corrida experimental se detallaron en los Cuadros 6.3 y 6.4. Además, se emplearon lodos anaerobios provenientes de un reactor UASB como inóculo para llevar a cabo las fermentaciones. La mayor reducción promedio de DQO correspondió a 29,12%, obtenida a partir de la corrida 1 (condiciones del diseño Taguchi: 15 minutos de ozonación, pH de 4, catalizador de diatomita impregnada con hierro y lixiviado de Celda 1), con una eficiencia de utilización de ozono de 0,156 mg...Item Caracterización de la operación de un reactor de lecho percolador para su uso en el tratamiento de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea(2015) Briceño Mena, Luis Alejandro,; Durán Herrera, EstebanLa presente investigación tuvo como objetivo principal la caracterización de la operación de un rector de lecho pcrcolador para su uso en el tratamiento de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea. Se estudió la operación de un sistema experimental de reacción conceptualizado, montado y operado en el Laboratorio de la Escuela de Ingeniería Química, y el comportamiento del sistema utilizando dos catalizadores diferentes sintetizados en el Laboratorio de la Escuela de Ingeniería Química. Los catalizadores sintetizados fueron: pellets de diatomita impregnada con óxido de hierro (II) (denominado CPFe) y esferas de vidrio impregnadas con óxidos de hierro (II) (denominado CBFe). Se construyeron los mapas de regímenes de flujo (percolador y pulsante) para todo el ámbito de operación del reactor, y se estudió la frecuencia de los pulsos para diferentes flujos de gas y de líquido, la cual presentó una relación lineal con el flujo de gas a través del reactor. Se realizó un análisis de distribución de tiempos de residencia para caracterizar el desempeño fluido-dinámico del reactor para diferentes diámetros de columna del reactor y cada uno de los catalizadores. Además, se ajustaron los datos experimentales a dos modelos de distribución de tiempos de residencia con un parámetro ajustable: el modelo de dispersión axial o ADM (parámetro ajustable Pe, número de Péclet), y el modelo den tanques agitados en serie o N-CSTR (parámetro ajustable N). Los valores obtenidos paro Pe de entre 24 y 58, y para N de entre 8 y 19 , mostraron que a las condiciones de flujo y configuraciones geométricas estudiadas el patrón de flujo tipo tapón es el predominante, lo cual representa una baja dispersión axial y un uso eficiente del catalizador. La caracterización del desempeño del reactor para la descontaminación de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea se llevó a cabo utilizando fenol...Item Caracterización del uso de un catalizador de diatomita impregnada con hierro en el proceso de ozonización catalítica heterogénea(2014) García Herrera, Walter; Durán Herrera, EstebanLos procesos de oxidación avanzada presentan una opción prometedora en el tratamiento de aguas residuales, principalmente en presencia de contaminantes emergentes y persistentes. Entre estos procesos destaca la ozonización catalítica, la cual presenta resultados positivos en el tratamiento de aguas. El presente trabajo busca caracterizar la ozonización catalítica heterogénea haciendo uso de la diatomita impregnada con hierro sintetizada en la Universidad de Costa Rica. La degradación del contaminante modelo se cuantificó (espectrofotométricamente) para el proceso de ozonización y ozonización catalítica con el catalizador estudiado (1.000 g/L), a tres distintos pH 4, 7 y 10. Bajo las condiciones de pH con mejor desempeño del catalizador, se determinó el efecto de la concentración del catalizador en la disolución (0.250, 0.500, 1.000, 1.500 y 2.000 g/L). Para evaluar el efecto en las reacciones indirectas del ozono se realizaron corridas en presencia de ter butanol (TBA), conocido secuestrador de radicales Hidroxilo. Con el fin de medir el grado de mineralización obtenida en el proceso catalítico se cuantificó la variación del DQO de la disolución, bajo las mejores condiciones de trabajo obtenidas. Finalmente, se estudió el desempeño del catalizador en 4 ciclos de reuso, monitorcando el hierro lixiviado del catalizador, el cual resultó ser del 12%. La mayor degradación del contaminante modelo en el proceso de ozonización se obtuvo a pH 10, acorde con lo expuesto en la teoría (Buhler, Stachclin, & Hoigné, 1984). En contraste, a pH 4 el catalizador presentó la mejor eficiencia, al minuto 3 el proceso no catalítico degradó un 35% del tinte, mientras que el proceso catalítico un 60% en el mismo tiempo, mejorando la degradación del contaminante incluso en el caso del proceso no catalítico a pH 10, el cual los 3 minutos degradó un 44%. La presencia del catalizador a pH inicial de 7 y 10, no presentó mejoras significativas...