Fabricación y caracterización de electrodos, estructurados a base de composites de ZnO/carbón activado, para desalinización de agua mediante desionización capacitiva

• Autor: Colán Napán, Jorge Martín
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2022
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/25212
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/25212
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Electrodos; Desalinización del agua; Desionización capacitiva (CDI); https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.06.01

La desionización capacitiva (CDI) es una tecnología que consiste en la electrosorción de especies iónicas provenientes de un electrolito el cual se encuentra contenido entre dos electrodos muy próximos y en presencia de un campo eléctrico. Para la construcción de un módulo o dispositivo de desalinización de agua, basado en desionización capacitiva, se fabricaron dos tipos de electrodos: uno de carbón activado y otro de carbón activado con óxido de zinc, el proceso de fabricación consiste en la conformación de una película sobre una lámina de grafito. Las características más relevantes de los electrodos tales como su morfología, superficie específica, capacitancia, resistencia eléctrica laminar, porosidad, etc. son estudiadas y analizadas con el uso de diversas técnicas, logrando establecer una clara distinción en las propiedades que corresponden a cada tipo electrodo. Se añade que al medir la capacitancia específica de ambos electrodos se obtuvieron lo valores: 69,4 F/g y 309,9 F/g para los electrodos de carbón activado y carbón activado con óxido de zinc respectivamente, además el valor de la superficie específica fue de 33 m2/g para el electrodo de carbón activado frente al valor de 182 m2/g correspondiente al electrodo de carbón activado con óxido de zinc. Partiendo del estudio de los modelos de doble capa de carga, se analiza como base teórica el modelo planteado por Gouy-Chapman y Stern (GCS) para entender los fenómenos electroquímicos e interpretar los resultados. Se evaluó el proceso de desalinización del agua en función a ciertos parámetros estandarizados siendo el más relevante la capacidad de adsorción de sal (SAC) cuyo valor es de 10,2 mg/g para el módulo de desalinización que contiene electrodos de carbón activado, configurado con nueve pares de electrodos de 100 cm2 cada uno y espesor de película de 102 µm. Mientras que el SAC para el módulo que contiene electrodos de carbón activado con óxido de zinc, configurado con 05 pares de electrodos de 49 cm2 cada uno y espesor de película de 50,8 µm fue de 11,2 mg/g. El consumo energético específico (SEC) del proceso de desalinización ha sido evaluado solo para el dispositivo que agrupa los electrodos de carbón activado, el cual se efectúa a 1,2 V con una concentración inicial del electrolito de NaCl igual a 0,21 Molar y un caudal de ingreso de agua salada correspondiente a 55 ml/min. Este valor de consumo energético ha sido calculado en 217,8 Wh/m3 y corresponde específicamente al volumen de agua recuperada en el proceso de desalinización.