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http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/84| Modelación de formación de nanopartículas de Zirconato de Sodio en un proceso de aspersión pirolítica | |
| LEONOR CORTES PALACIOS | |
| ALBERTO DIAZ DIAZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Los materiales particulados en escala nanométrica (del orden 10-9 m), son de
considerable interés para una amplia variedad de aplicaciones. Algunos ejemplos
de éstos son materiales cerámicos, materiales con propiedades electrónicas,
magnéticas, ópticas y estructurales específicas, materiales para componentes
electrónicos, catalizadores, aceptores de gases, etc. Para aplicaciones químicas,
las propiedades catalizadoras y absorbentes son mejoradas debido al aumento del
área superficial por el pequeño tamaño de las partículas y a la disminución de
problemas de difusión. La eficiencia se incrementa y los tiempos de reacción se
reducen considerablemente al emplear reactivos particulados en escala
nanométrica.
De entre la gran variedad de materiales resaltan los aceptores de CO2 necesarios
en los procesos de reformación de vapores de gas metano (Steam Methane
Reforming) para la obtención de hidrógeno H2).
En el presente trabajo se estudia la formación de zirconato de sodio y se propone
un método viable teóricamente para producirlo en forma de partículas
nanométricas.
Existen varias técnicas para la síntesis de nanopartículas dependiendo del tipo del
estado del precursor: gaseoso [Pratsinis y Vemury, 1996], sólido [Swihart, 2003] o
líquido [Okuyama y Lenggoro, 2003]. En el caso de la técnica con precursores
gaseosos, éstos reaccionan a altas temperaturas para formar las moléculas del
producto, posteriormente las nanopartículas se forman por condensación o
coagulación. Una dificultad de esta técnica es la elevación de los costos de
operación y control del proceso. Con la técnica de precursores sólidos, primero se
vaporiza el material y después por medio de calentamiento y condensación se
sintetizan las nanopartículas [Munir and Anselmi, 1989]; añadiéndose un paso más
a la síntesis. Finalmente utilizando precursores líquidos, éstos se dispersan en
forma de un aerosol fino, el cual se calienta para reaccionar y formar la
composición deseada [Messing, et al., 1994]. La nanopartícula se forma por
nucleación, coagulación y cristalización. El procedimiento más sencillo y viable
utilizando precursores líquidos es el de la aspersión pirolítica. La aspersión
pirolítica es la base técnica elegida en esta tesis para la síntesis de nanopartículas
de zirconato de sodio. La aspersión pirolítica es un proceso que permite sintetizar una amplia variedad de materiales en polvos finos [Messing, et al., 1993] y [Gurav, et al., 1993]. En la Figura 1-1 se observan las partes principales del proceso. La aspersión pirolítica consta de 3 elementos principales: dispositivo aspersor, horno tubular y precipitador [Lenggoro, et al., 2000]. El dispositivo aspersor convierte la solución precursora, dosificada mediante una bomba, en un conjunto de micro-gotas las cuales son transportadas por un gas de arrastre hacia el horno tubular. Dentro de él se llevan a cabo todos los cambios físicos y químicos que dan forma a las 3 nanopartículas, por esta razón se puede nombrar reactor. Finalmente las nanopartículas se recolectan en el precipitador. Debido a que el proceso de aspersión pirolítica es novedoso, no se han llegado a controlar todos los parámetros de operación ni se ha logrado predecir el comportamiento cualitativo y cuantitativo de formación de las nanopartículas. Por lo tanto, se desea que el presente trabajo contribuya tanto en la parte teórica como en la técnica mediante la modelación y simulación numérica del proceso de formación de nanopartículas considerando los parámetros de proceso de la aspersión pirolítica. Por todo lo anterior, se planteó como objetivo general de este trabajo el proponer, entender y predecir el proceso de formación de nanopartículas de Zirconato de sodio a través de la técnica de aspersión pirolítica. Este estudio se planteó el resolver si el proceso de aspersion pirolítica es o no un proceso vable para formar nanopartículas de zirconato de sodio. En efecto, no está demostrado que un reactor con dimensiones y características razonables permita formar las nanopartículas deseadas. La presente tesis está estructurada en 3 capítulos. En el primer capítulo se explica la base teórica y el estado del arte de los procesos químicos estudiados y del proceso de aspersión pirolítica. En el segundo capítulo se muestra la metodología empleada, finalmente el último capítulo muestra los resultados tanto teóricos como experimentales de la obtención de zirconato de sodio y teóricos del proceso de aspersión pirolítica. The particulate materials on the nanoscale (approximately 9.10 m), are of considerable interest for a wide variety of applications. Some examples of these are ceramic materials, materials with electronic, magnetic, optical and structural specific materials for electronic components, catalysts, acceptor gas, etc. For chemical, catalytic and absorbing properties are improved due to the increased surface area by the small particle size and decreased diffusion problems. The efficiency is increased and the reaction times are considerably reduced when using particulate reagents in nanoscale. Among the variety of materials highlight CO2 acceptors processes necessary vapor reformation of methane gas (Methane Steam Reforming) for obtaining hydrogen H2). In this paper we study the formation of sodium zirconate and proposes a theoretically viable method for producing shaped nanoparticles. There are several techniques for the synthesis of nanoparticles depending on the type of precursor state: gas [Pratsinis and Vemury, 1996], solid [Swihart, 2003] or liquid [Okuyama and Lenggoro, 2003]. In the case of technique with gaseous precursors, they react at high temperatures to form the product molecules, the nanoparticles are then formed by condensation or coagulation. One difficulty with this technique is the higher costs of operation and process control. With the technique of solid precursors, the first material and is vaporized by heating after condensation and nanoparticles are synthesized [Munir and Anselmi, 1989]; adding one step synthesis. Finally using liquid precursors, they are dispersed in a fine mist form, which is heated to react and form the desired composition [Messing, et al., 1994]. The nanoparticle is formed by nucleation and crystallization coagulation. The simplest and viable using liquid precursors is the spray pyrolysis. The spray pyrolysis technique is the basis chosen in this thesis for the synthesis of sodium zirconate nanoparticles. The spray pyrolysis is a process to synthesize a wide variety of materials in fine powders [Messing, et al., 1993] and [Gurav, et al., 1993]. Figure 1-1 are seen the main parts of the process. The spray pyrolysis consists of three main elements: device sprinkler tube furnace and precipitator [Lenggoro, et al., 2000]. The sprinkler device converts the precursor solution, dosed by a pump into a set of micro-drops which are transported by a carrier gas into the tubular oven. Within it are c conducted all physical and chemical changes that shape nanoparticles can therefore appoint reactor. Finally nanoparticles are collected in the precipitator. Because the spray pyrolysis process is novel, have not come to control all the operating parameters has been achieved or predict the qualitative and quantitative behavior of formation of nanoparticles. Therefore, it is desired that this work will contribute both the theoretical and technique by modeling and numerical simulation 5 of the formation of nanoparticles of considering the parameters of the spray pyrolysis process. Given the above, it was proposed as a general objective of this work is to propose, understand and predict the formation of sodium zirconate nanoparticles via spray pyrolysis technique. This study set the address if the spray pyrolysis process or not a process is able energy to form sodium zirconate nanoparticles. Indeed, it is shown that a reactor with dimensions and characteristics allow reasonable form desired nanoparticles. This thesis is divided into three chapters. In the first chapter explains the theoretical basis and the state of the art processes and studied chemical spray pyrolysis process. The second chapter describes the methodology used finally the last chapter shows the theoretical and experimental results for obtaining sodium zirconate and theoretical spray pyrolysis process. | |
| 13-09-2012 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| BIOLOGÍA Y QUÍMICA | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Ciencia y Tecnología Ambiental |
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