Fabricación y caracterización de electrodos nanoestructurados a base de composites de carbón activado/óxido de zinc para remoción de metales pesados en agua mediante desionización capacitiva

• Autor: Castillón Huerta, Ronald Jair
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2025
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/29041
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/29041
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Difracción de rayos X; Sustrato de grafito; Microscopía electrónica de barrido; Electrodos; Electrodiálisis; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.06.01

El presente trabajo estudia la desionización capacitiva (CDI) para remover metales pesados, específicamente cobre y cobalto. El principio consiste en aplicar una diferencia de poten- cial entre electrodos porosos, haciendo que los iones disueltos migren hacia el electrodo de carga opuesta (electrosorción), mientras el agua fluye perpendicular al campo eléctrico. Los electrodos, con sustrato de grafito y una película gruesa de un composite carbón acti- vado/ZnO como material electroactivo, fueron caracterizados mediante difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido, espectroscopia de dispersión de rayos X, método Brunauer-Emmett-Teller y voltamperometría cíclica. Esto permitió analizar la estructura del electrodo, estimar el ancho de los rods de ZnO (∼ 450 nm), el tamaño de poro (8 nm), la composición del composite y su capacitancia específica (37,86 ± 0,94 F/g). Se ensambló una celda CDI con diez electrodos y espaciadores, evaluando su desempeño con solu- ciones de CuCl2 y CoCl2 (10 mM) a distintos caudales (35∼105 mL/min) y los siguientes parámetros: capacidad de adsorción de sal (SAC), tasa de adsorción de sal (ASAR), masa de soluto removido (Neff), eficiencia de remoción de sal (nd) y consumo energético espe- cífico (SEC). Para CuCl2, a 95 mL/min se obtuvieron los mayores SAC (1,526 mg · g−1), ASAR (0,00678 mg · s−1 · g−1) y Neff (22,40 mg); mientras que a 35 mL/min, se alcanzaron los valores más altos de nd (6,89 %) y SEC (344,84 Wh/m3). CoCl2 mostró menores valo- res en todos los parámetros. Finalmente, se evaluó una mezcla de CuCl2 y CoCl2 a menor concentración (6 mM cada una) y adicionando la operación con caudales menores (15 y 25 mL/min), alcanzando un rendimiento superior: SAC de 2,08 mg · g−1, Neff de 30,56 mg, ASAR de 0,00678 mg · s−1 · g−1, nd de 16,84 % y SEC de 347,57 Wh/m3. Estos resultados sugieren que reducir la concentración y la caudal mejora notablemente la eficiencia de la celda CDI.