Dpto. Química Aplicada - Kimika Aplikatua Saila
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Publication Open Access Application of eco-design and life cycle assessment standards for environmental impact reduction of an industrial product(MDPI, 2017) Navajas León, Alberto; Uriarte Elizaga, Leire; Gandía Pascual, Luis; Kimika Aplikatua; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Química AplicadaEco-design is included within the framework of the standard for “Environmental management systems—Guidelines for incorporating Eco-design” (ISO 14006:2011). Eco-design process, as defined in standard, has six steps: (i) Specify product functions; (ii) Environmental assessment of products; (iii) Strategies of improvement; (iv) Environmental objectives; (v) Product specification; and (vi) Technical solutions. Step (ii), determination of the stage or process of the product life cycle that has the highest environmental impact; this is perhaps the most controversial step because the standard does not specify which tool should be used. This lack of specification has generated some distrust with regard to eco-design, hindering its development. In order to make a trustworthy eco-design, Life Cycle Assessment (LCA) should be applied as a tool for environmental impact quantification. The main objective of this work is to apply standardised eco-design methodology for the reduction of the environmental impact of an industrial product in Spain using LCA as a tool for the environmental product assessment. LCA standardised process (ISO 14040,14044:2006) is included in the eco-design process. A glass container intended for cough syrup delivery has been selected as an industrial product to be eco-designed. Following the methodology described, the overall normalised impact decreased 35.1% when a PET container substituted a glass container. Environmental impacts have been reduced following standardised eco-design and LCA methodologies, serving as an example to industry and administration regarding how to eco-design with the confidence of obtaining reliable resultsPublication Open Access Application of gold complexes in the development of sensors for volatile organic compounds(World Gold Council, 2007) Luquin, Asunción; Elosúa Aguado, César; Vergara, Elena; Estella, Juncal; Cerrada, Elena; Bariáin Aisa, Cándido; Matías Maestro, Ignacio; Garrido Segovia, Julián José; Laguna, Mariano; Química Aplicada; Kimika Aplikatua; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta ElektronikoaTwo different kinds of sensors have been developed by using the same kind of vapochromic complexes. The vapochromic materials [Au2Ag2(C6F5)(4)L-2](n) have different colours depending on the ligand L. These materials change, reversibly, their optical properties, colour and fluorescence, in the presence of the vapours of volatile organic compounds (VOCs). For practical applications, two different ways of fixing the vapochromic material to the optical fibre have been used: the sol-gel technique and the electrostatic self-assembly method (ESA). With the first technique the sensors can even be used to detect VOCs in aqueous solutions, and using the second method it has been possible to develop nanosensors.Publication Open Access Asymmetric assembly of all‐carbon tertiary/quaternary nonadjacent stereocenters through organocatalytic conjugate addition of α‐cyanoacetates to a methacrylate equivalent(Wiley, 2016) Iriarte, Igor; Vera, Silvia; Badiola, Eider; Mielgo, Antonia; Oiarbide, Mikel; García Castillo, Jesús María; Odriozola Ibarguren, José Manuel; Palomo, Claudio; Química Aplicada; Kimika AplikatuaAn efficient, highly diastereo- and enantioselective assembly of acyclic carbonyl fragments possessing nonadjacent all-carbon tertiary/quaternary stereoarrays is reported based on a Brønsted base catalyzed Michael addition/a-protonation sequence involving a-cyanoacetates and 2,4-dimethyl-4-hydroxypenten-3-one as novel methacrylate equivalent.Publication Open Access Asymmetric propionate aldol reactions of a chiral lithium enolate accessible from direct enolization with n-butyllithium(ARKAT USA, Inc., 2005) Palomo, Claudio; Oiarbide, Mikel; Gómez Bengoa, Enrique; Mielgo, Antonia; González Rego, María Concepción; García Castillo, Jesús María; González Guerrero, Alberto; Odriozola Ibarguren, José Manuel; Bañuelos, Patricia; Linden, Anthony; Química Aplicada; Kimika AplikatuaThe presented lithium enolate-based methodology is suitable for access to propionate syn-aldol motifs with high levels of stereocontrol. The reactive lithium enolate species is generated by direct treatment of a camphor-based chiral ethyl ketone with butyllithium, and is subsequently submitted to aldolization with a broad variety of aldehydes. The product aldols are obtained in uniformly high yields and high d.r. values (ranging from 91:9 to >98:2) irrespective of the aliphatic (both linear and branched chain), α,β-unsaturated, aromatic, or hetero-aromatic nature of the aldehyde employed. The crystallinity of most of the obtained adducts offers an easy access to almost 100% isomerically pure products upon a single recrystallisation. The auxiliary (1R)- (+)-camphor can be removed easily from the adducts for reuse, thereby producing the corresponding syn propionate aldols. This technology is implemented in the synthesis of a key subunit of the multi-drug resistance reversing agent hapalosin.Publication Open Access Avances en la producción de biodiésel: etanolisis y nuevos catalizadores heterogéneos(2014) Reyero Zaragoza, Inés; Gandía Pascual, Luis; Arzamendi Manterola, María Cruz; Química Aplicada; Kimika AplikatuaLa síntesis convencional del biodiésel se realiza por transesterificación con metanol de los triglicéridos que constituyen los aceites vegetales en presencia de catalizadores básicos homogéneos. En esta tesis se estudian las implicaciones que supone: i) la sustitución de metanol de origen fósil por etanol para mejorar la sostenibilidad del biodiésel; ii) el empleo de catalizadores de tipo heterogéneo, tanto soportados como estructurados para poder ser reutilizados, simplificando además las etapas de purificación de los productos (biodiésel y glicerina) y reduciendo los costes de operación y el impacto ambiental del proceso. Se ha encontrado que las reacciones de metanolisis y etanolisis de triglicéridos presentan diferencias significativas ya que gracias a la mayor intersolubilidad de los diferentes compuestos, la etanolisis se desarrolla en un medio homogéneo mientras que la metanolisis es una reacción heterogénea bifásica. Se ha formulado un modelo cinético para la etanolisis de aceite de girasol catalizada por NaOH que incluye las tres etapas de la reacción de transesterificación como reacciones reversibles elementales y en el que las ecuaciones cinéticas incluyen de forma explícita la concentración de catalizador con orden de reacción 1. El modelo incluye el equilibrio de interconversión entre los aniones hidróxido y etóxido y reacciones de saponificación. El modelo permite describir la evolución con el tiempo de reacción de la conversión del aceite y de los rendimientos a los productos de reacción, incluyendo diglicéridos y monoglicéridos. También captura el fenómeno de agotamiento del catalizador por formación de jabones que se observa a bajas concentraciones iniciales de NaOH y relaciones molares etanol/aceite. Con respecto a los catalizadores heterogéneos másicos, el esfuerzo se ha centrado en el CaO y sus derivados como catalizadores de metanolisis. El CaO es muy sensible a la contaminación con el CO2 y la humedad atmosféricas, lo que provoca pérdida de su actividad. Además en la propia reacción se transforma en gliceróxido de calcio al reaccionar con el glicerol. El gliceróxido es activo en la reacción de metanolisis, pero también muy soluble en metanol lo que incrementa la contribución de catálisis homogénea. Se ha logrado sintetizar e identificar un nuevo compuesto activo en esta reacción, el glicerolato de Ca, que al ser muy poco soluble en metanol, se constituye en un buen candidato para el desarrollo de catalizadores heterogéneos de síntesis de biodiésel. El empleo de catalizadores estructurados supone un paso importante en las posibilidades de recuperación y reutilización del catalizador. Se han formulado series de catalizadores estructurados a base de monolitos metálicos e hidrotalcita Mg-Al y óxidos Ca-Ce. Los resultados catalíticos han sido buenos desde el punto de vista de la actividad, sin embargo, se han presentado problemas de estabilidad relacionados con la baja adherencia de la fase activa al sustrato. Lograr una mayor interacción Ca-Ce parece ser clave para mejorar la estabilidad.Publication Open Access Bioavailability of heavy metals in soils amended with sewage sludge(Agricultural Institute of Canada, 2002) Morera Luzán, María Teresa; Echeverría Morrás, Jesús; Garrido Segovia, Julián José; Química Aplicada; Kimika AplikatuaThe recycling of sewage sludge to agricultural land results in the slow accumulation of potentially toxic heavy metals in soils. A greenhouse experiment was conducted to determine the bioavailability of Cu, Ni, Pb and Zn applied to soils in urban anaerobically stabilized sewage sludge. The soils were Lithic Haplumbrept (Lh), Calcixerollic Xerochrept (Cx1 and Cx2) and Paralithic Xerorthent (Px). Sunflower plants (Helianthus annuus L) were grown in. the soils following amendment with the sludge. The addition of sewage sludge markedly increased the average dry weight of the plants in the soils that had lower yields without sludge addition (Lh, Cx2, and Px). The acid pH of the Lh soil favoured the bioavailability of Zn from sewage sludge. The bioavailability of Cu was greater in the alkaline soils than in the acidic soil (Lh), which can be attributed to the high organic matter content of the Lh soil which complexes Cu and impairs its uptake by the plants. The concentration of metals in the plants increased with the sewage sludge dose. The effect of the soil type on the metal concentration in plants was greater that the effect of the dose.Publication Open Access Catalytic hydroprocessing of lignin β-O-4 ether bond model compound phenethyl phenyl ether over ruthenium catalysts(Springer, 2017) Gómez Monedero, B.; Faria, J.; Bimbela Serrano, Fernando; Ruiz, M. P.; Química Aplicada; Kimika AplikatuaThe catalytic hydroprocessing of phenethyl phenyl ether (PPE), a model compound of one of the most significant ether linkages within lignin structure, β-O-4, has been studied. Reactions were carried out using two ruthenium-based catalysts, supported on different materials: 3.8 wt.% Ru/C and 3.9 wt.% Ru/Al2O3. Aiming at studying the reaction mechanism, experiments were carried out at 150 °C and 25 bar in H2 atmosphere, with varying feed to catalyst mass ratios and reaction time. Differences between the relative importance of the steps of the mechanism were observed when using those two catalysts. The most significant finding was the predominance of the cleavage of Cβ-O bonds compared to the cleavage of the Caryl-O when using Ru/Al2O3 as catalyst; whereas with Ru/C, the two routes were nearly equivalent. It has been observed that the kinetic model describes the general tendencies of consumption and formation of the different products, but some over/under estimation of concentrations occurs. Finally, the effect of temperature was also explored by carrying out reactions at 100 and 125 °C, observing that decreasing temperature from 150 to 125 or 100 °C favored the dimer hydrogenation route versus the hydrogenolysis of the ether bonds.Publication Open Access Desarrollo de catalizadores de cobalto y rodio para la producción de gas de síntesis por oxidación parcial de metano(2017) Moral Larrasoaña, Ainara; Gandía Pascual, Luis; Bimbela Serrano, Fernando; Química Aplicada; Kimika AplikatuaLos procesos Gas-to-Liquid (GTL), basados en la transformación de gas natural en hidrocarburos sintéticos, son de gran interés para la valorización de los nuevos recursos que emergen actualmente fruto de la aparición de nuevos yacimientos y fuentes de gas natural no convencional (GNNC). La primera etapa del proceso GTL consiste en la conversión del CH4 en gas de síntesis, una mezcla de H2, CO y CO2, aunque también puede contener N2. Entre las distintas alternativas para producir gas de síntesis, la oxidación parcial de metano (OPM) resulta ventajosa, ya que se podrían suavizar considerablemente las condiciones de operación de las tecnologías industriales existentes, con el consiguiente ahorro económico y mejoras en seguridad. Con el fin de obtener altos rendimientos a gas de síntesis se requieren altas temperaturas y/o catalizadores adecuados. Así, el diseño del catalizador es clave para obtener una conversión de metano a gas de síntesis exitosa y eficiente. El objetivo de esta tesis ha sido el de desarrollar catalizadores de Co y Rh para llevar a cabo la reacción de oxidación parcial de metano (OPM) a gas de síntesis; pretendiendo avanzar asimismo en el conocimiento del desarrollo de esta importante reacción por vía catalítica. Para la consecución de este objetivo general, se han abordado diversos objetivos específicos: - conocer en mayor profundidad cómo se desarrolla la reacción sobre este metal desarrollando un estudio paramétrico de la influencia de las principales variables de operación sobre la conversión de metano, rendimiento a H2 y CO y estabilidad, así como un estudio cinético. En este contexto, entre los resultados más destacables de la tesis cabe destacar que el estudio cinético llevado a cabo ha permitido plantear un modelo cinético para la reacción de OPM, el cual permite describir de manera satisfactoria los resultados experimentales obtenidos y poder modelar adecuadamente el complejo esquema de la reacción global de OPM en base a la combinación de cuatro reacciones elementales sencillas, como son: la combustión de metano, el reformado de metano con vapor de agua, la reacción de desplazamiento del gas de agua reversa (RWGS) y la combustión de hidrógeno. - investigar el efecto de las condiciones de activación de catalizadores de Co así como del desarrollo de la propia reacción sobre el comportamiento catalítico con el fin de obtener información sobre el papel de la función metálica en el proceso de oxidación parcial. Para lograr una adecuada evolución de la reacción de OPM hacia la producción estable y prolongada en el tiempo de gas de síntesis resulta esencial mantener el Co en estado metálico durante el transcurso de la reacción y sobre todo en los instantes iniciales, que condicionan notablemente la estabilidad de los catalizadores. Ello delimita la ventana de condiciones de operación para la reacción de OPM catalítica y, concretamente, el intervalo óptimo de temperaturas de reacción, idealmente entre 700 y 800 oC. - Realizar un amplio estudio exploratorio considerando elementos básicos de la formulación del catalizador: naturaleza del soporte, método de preparación, incorporación de promotores del Co y del soporte, carga de metal, etc. con el fin de establecer las bases que guíen el diseño de un catalizador de Co para OPM. Los resultados obtenidos en los ensayos de actividad catalítica efectuados con un catalizador Co/Mg-Al preparado en el laboratorio por coprecipitación y calcinado a 500 oC se encuentran a la vanguardia del estado del arte en el arriba citado campo de investigación. Estos resultados mejoran ampliamente los existentes hasta el momento, permitiendo alcanzar conversiones de metano y selectividades hacia la producción de gas de síntesis muy próximas a las de los valores dictados por el equilibrio termodinámico de la reacción de OPM a 800 oC de manera estable y prolongada durante tiempos de reacción tan largos como 48 h y a GHSV tan elevadas como 1000 L N/(gcat•h). - Finalmente, también se ha planteado como objetivo explorar el papel de la OPM en la valorización del biogás mediante reformado para la obtención de gas de síntesis. Estrategias de reformado combinado de tipo “oxy-CO2” pueden constituir una opción interesante para la valorización de este recurso renovable cada vez producido en mayor volumen. En este sentido, el desarrollo de catalizadores de Rh en combinación con la introducción de pequeñas cantidades de oxígeno en la alimentación supone una estrategia exitosa que puede conducir a la viabilidad del proceso a escalas mayores si se logra desarrollar catalizadores de Rh con menores cargas en el catalizador que las utilizadas en esta tesis, esto es, contenidos de Rh inferiores al 0,5 % en masa del catalizador final.Publication Open Access Design and fabrication of nanostructures for enhaced light absorption in silicon(2015) Domínguez Fernández, Sagrario; Pérez Conde, Jesús; Bravo Larrea, Javier; Química Aplicada; Kimika Aplikatua; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIM13156.RA1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIQ14598.RI1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIB0671109.RS1Nanostructures are being widely studied in the scientific community for many different applications because they present novel properties different from those observed in matter at the macroscale. For example, electromagnetic waves interact in an unusual way with periodic nanostructures with sizes in the order of magnitude of the wavelength. Structures with periods in the nanoscale can indeed manage light in the ultraviolet, visible and near infrared regions of the electromagnetic spectrum. In this work, we use periodic nanostructures to control the optical properties of Si, since it is one of the most common elements in the world and also one of the most used materials in the industry. We focus on the light reflection at Si surface, which is an important limitation in optoelectronic devices nowadays. This thesis is organized in two different parts. First, we present the optimization and fabrication of periodic nanostructures to maximize light absorption in photovoltaic cells. We have fabricated periodic structures on both polished and unpolished Si substrates, which have been successfully integrated in solar cells following standard industrial processes. In the second part, we explain the fabrication and optical characterization of ultrahigh aspect ratio nanocones for more broadband applications.Publication Embargo Development of Ni/Lahexaaluminates from aluminum saline slags applied as catalysts in the dry reforming of methane(2021) Torrez Herrera, Jonathan Josué; Gil Bravo, Antonio; Korili, Sophia A.; Química Aplicada; Kimika AplikatuaThe general objective of this work is to study the synthesis methods, structural and morphological behavior of hexaaluminates and their performance as catalysts in the dry reforming reaction of methane from aluminum salt slags. Specific objectives: 1. Valorize the saline slag of aluminum and mitigate its polluting effect. 2. Obtaining an optimal method for the synthesis of hexaaluminates from salt slags. 3. Evaluation of the performance and applicability of catalysts in the dry reforming reaction. 4. Determination of the optimal operating parameters of the catalysts. 5. Determination of efficiency and comparison with catalysts synthesized with commercial precursors.Publication Open Access Eliminación y valorización de CO₂ presente en efluentes gaseosos mediante adsorción y reformado seco de metano(2016) Garcés Polo, Siby Inés; Gil Bravo, Antonio; Korili, Sophia A.; Química Aplicada; Kimika AplikatuaEl objetivo general de esta tesis doctoral ha sido la realización de un estudio en adsorción de CO₂ y su utilización en la reacción de reformado de metano como investigación base en las estrategias de eliminación y valorización de CO₂ de efluentes gaseosos. El plan de trabajo desarrollado se enmarcó en dos amplias áreas de interés actual como son la captura y la valorización de CO₂. Las actividades realizadas para alcanzar el objetivo trazado se englobaron en cada uno de los capítulos de esta memoria: 1. Estudio comparativo de la capacidad y cinética de adsorción de CO₂ de materiales microporosos (Capítulo III y IV). 2. Preparación y caracterización de óxidos mixtos de Co, Fe y Ni derivados de hidrotalcita (Capítulo VI). 3. Adsorción de CO₂ en óxidos mixtos derivados de hidrotalcita a altas presiones y temperaturas (Capítulo V).Publication Open Access Encuesta de satisfacción de un proyecto de mejora de calidad del servicio aragonés de salud(Universidad de Murcia, 2015) Bimbela Serrano, María Teresa; Bimbela Serrano, Fernando; Bernués Vázquez, Luis; Ciencias; ZientziakIntroducción: Según el informe de 2008 del Sistema Nacional de Salud, existe un 4,7% de los usuarios que opina que el sistema sanitario debería rehacerse por completo y casi un 27%, que es necesario introducir cambios importantes para su mejora. Hipótesis: El desarrollo de un programa específico de control de peso para pacientes obesos en Atención Primaria mejora la calidad de la actuación percibida por el paciente de Atención Primaria. Objetivos: Valorar la influencia de un proyecto de mejora de calidad de Atención Primaria en los resultados globales de una encuesta de satisfacción de los usuarios de dicha Zona Básica de Salud. Material y Métodos: Estudio prospectivo de intervención cuasiexperimental centrado en el tratamiento de la obesidad en Atención Primaria realizado desde Enero de 2012 a Diciembre 2013, en cuya evaluación final se realizó una encuesta autoadministrada de Satisfacción de los usuarios y se comparó con los resultados obtenidos con el mismo cuestionario por el Servicio Aragonés de Salud en dicha Zona Básica de Salud. Para el análisis estadístico de estos datos se empleó el programa informático SPSS.15. Resultados principales: Se observa un aumento destacable en los apartados ‘Interés del personal de enfermería’, ‘Satisfacción de los cuidados sanitarios’ (medicina y enfermería) y ‘Solución dada a problemas’. No hubo aspectos negativos y el 100% de los encuestados expresó una satisfacción general y un 88% destacó el aspecto de la paciencia del profesional hacia los pacientes. Conclusión: El proyecto de mejora de calidad realizado con pacientes crónicos de la consulta de enfermería de Atención Primaria, ha sido valorado muy satisfactoriamente, llegando a mejorar la puntuación de los resultados globales del Sistema Aragonés de Salud en esta Zona Básica de Salud.Publication Open Access Estrategias del alumnado de Educación Secundaria para estimar la densidad(Universitat Autònoma de Barcelona, 2018) Napal Fraile, María; Echeverría Morrás, Jesús; Zulet González, Amaia; Santos Cervera, Leyre; Ibarra Murillo, Julia; Psicología y Pedagogía; Psikologia eta Pedagogia; Química Aplicada; Kimika AplikatuaLa densidad, o concentración de materia, es un concepto muy relevante pero que genera muchas dificultades de comprensión. Para medir la competencia en la estimación de la densidad del alumnado de la ESO, se pasó un cuestionario acompañado de un juego de materiales a 196 alumnos de los cuatro cursos de la ESO en dos colegios. La estimación de la densidad depende del peso percibido, el tamaño o la viscosidad, lo que a veces lleva a estimaciones erróneas. En todos los cursos, más del 40 % de los alumnos consideran la densidad como una propiedad extensiva; en torno a un 50 % usan modelos –no siempre coherentes– más cercanos a una propiedad intensiva y específica. Existen además dificultades para predecir los cambios en densidad con el estado de agregación o la temperatura, lo que sugiere que deben introducirse cambios en su enseñanza.Publication Open Access Estudios en la síntesis estereoselectiva de feromonas: dominicalure, sitofilato, estegobiol(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 1997) Razkin Lizarraga, Jesús; Gil Ruiz, Pilar; González Guerrero, Alberto; Química Aplicada; Kimika AplikatuaOptamos por estudiar la obtención de feromonas de insectos que constituyen plagas de gran importancia económica, como son tres familias de coleópteros que se alimentan de productos almacenados: bostríquidos, curculiónidos y anóbidos. Todos estos insectos constituyen plagas de distribución mundial que atacan los granos de cereal y otros productos almacenados y se consideran causantes de un 5-10% de pérdidas para agricultores, almacenes comerciales, industrias de procesado y consumidores. Desarrollando nuevas vías alternativas que sean económicamente más viables para su posible utilización práctica que las descritas hasta ahora, el objetivo del presente trabajo fue la preparación de las feromonas de los siguientes coleópteros, para las cuales eran escasas las síntesis descritas hasta ese momento en la literatura: Rhyzopertha dominica y Prostephanus truncatus , escarabajos barrenadores del grano almacenado (Bostrichidae); Sitophilus granarius, gorgojo del granero; Sitophilus oryzae y Sitophilus zeamais, gorgojos del arroz y el maíz, respectivamente (Curculionidae); Stegobium paniceum, escarabajo de almacén; Anobium punctatum, escarabajo del mueble y Lasioderma serricorne, escarabajo del tabaco (Anobiidae).Publication Open Access Fiber optic sensors based on hybrid phenyl-silica xerogel films to detect n-hexane: determination of the isosteric enthalpy of adsorption(Beilstein-Institut, 2017) Echeverría Morrás, Jesús; Calleja, Ignacio; Moriones Jiménez, Paula; Garrido Segovia, Julián José; Kimika Aplikatua; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Química Aplicada; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 269/01/08We investigated the response of three fiber optic sensing elements prepared at pH 10 from phenyltriethoxysilane (PhTEOS) and tetraethylsilane (TEOS) mixtures with 30, 40, and 50% PhTEOS in the silicon precursor mixture. The sensing elements are referred to as Ph30, Ph40 and Ph50, respectively. The films were synthesized by the sol–gel method and affixed to the end of optical fibers by the dip-coating technique. Fourier transform infrared spectroscopy, N2 adsorption–desorption at 77 K and X-ray diffraction analysis were used to characterize the xerogels. At a given pressure of n-hexane, the response of each sensing element decreased with temperature, indicating an exothermic process that confirmed the role of adsorption in the overall performance of the sensing elements. The isosteric adsorption enthalpies were obtained from the calibration curves at different temperatures. The magnitude of the isosteric enthalpy of n-hexane increased with the relative response and reached a plateau that stabilized at approximately −31 kJ mol−1 for Ph40 and Ph50 and at approximately −37 kJ mol−1 for Ph30. This indicates that the adsorbate–adsorbent interaction was dominant at lower relative pressure and condensation of the adsorbate on the mesopores was dominant at higher relative pressure.Publication Open Access Gold supported on CuOₓ/CeO₂ catalyst for the purification of hydrogen by the CO preferential oxidation reaction (PROX)(Elsevier, 2014) Laguna, O. H.; Hernández, W. Y.; Arzamendi Manterola, María Cruz; Gandía Pascual, Luis; Centeno, M. A.; Química Aplicada; Kimika AplikatuaHydrogen produced from the conversion of hydrocarbons or alcohols contains variable amounts of CO that should be removed for some applications such as feeding low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). The CO preferential oxidation reaction (PROX) is particularly well-suited for hydrogen purification for portable and on-board applications. In this work, the synthesis and characterization by XRF, BET, XRD, Raman spectroscopy and H2-TPR of a gold catalyst supported on a coppercerium mixed oxide (AuCeCu) for the PROX reaction are presented. The comparison of this catalyst with the copper–cerium mixed oxide (CeCu) revealed that the experimental procedure used for the deposition of gold gave rise to the loss of reducible material by copper lixiviation. However, the AuCeCu solid was more active for CO oxidation at low temperature. A kinetic study has been carried over the AuCeCu catalyst for the PROX reaction and compared with that of the CeCu catalyst. The main difference between the models affected the contribution of the CO adsorption term. This fact may be related to the surface electronic activity produced by the interaction of the cationic species in the AuCeCu solid, able to create more active sites for the CO adsorption and activation in the presence of gold.Publication Open Access Hydrogen production from water electrolysis: current status and future trends(IEEE, 2012) Ursúa Rubio, Alfredo; Gandía Pascual, Luis; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Química Aplicada; Kimika AplikatuaThis paper reviews water electrolysis technologies for hydrogen production and also surveys the state of the art of water electrolysis integration with renewable energies. First, attention is paid to the thermodynamic and electrochemical processes to better understand how electrolysis cells work and how they can be combined to build big electrolysis modules. The electrolysis process and the characteristics, advantages, drawbacks, and challenges of the three main existing electrolysis technologies, namely alkaline, polymer electrolyte membrane, and solid oxide electrolyte, are then discussed. Current manufacturers and the main features of commercially available electrolyzers are extensively reviewed. Finally, the possible configurations allowing the integration of water electrolysis units with renewable energy sources in both autonomous and grid-connected systems are presented and some relevant demonstration projects are commented.Publication Open Access Influence of the power supply on the energy efficiency of an alkaline water electrolyser(Elsevier, 2009) Ursúa Rubio, Alfredo; Marroyo Palomo, Luis; Gubía Villabona, Eugenio; Gandía Pascual, Luis; Diéguez Elizondo, Pedro; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza; Química Aplicada; Kimika Aplikatua; Gobierno de Navarra / Nafarroako GobernuaElectric energy consumption represents the greatest part of the cost of the hydrogen produced by water electrolysis. An effort is being carried out to reduce this electric consumption and improve the global efficiency of commercial electrolysers. Whereas relevant progresses are being achieved in cell stack configurations and electrodes performance, there are practically no studies on the effect of the electric power supply topology on the electrolyser energy efficiency. This paper presents an analysis on the energy consumption and efficiency of a 1 N m3 h1 commercial alkaline water electrolyser and their dependence on the power supply topology. The different topologies of power supplies are first summarised, analysed and classified into two groups: thyristor-based (ThPS) and transistor-based power supplies (TrPS). An Electrolyser Power Supply Emulator (EPSE) is then designed, developed and satisfactorily validated by means of simulation and experimental tests. With the EPSE, the electrolyser is characterised both obtaining its I–V curves for different temperatures and measuring the useful hydrogen production. The electrolyser is then supplied by means of two different emulated electric profiles that are characteristic of typical ThPS and TrPS. Results show that the cell stack energy consumption is up to 495 W h N m3 lower when it is supplied by the TrPS, which means 10% greater in terms of efficiency.Publication Open Access Kinetic analysis and CFD simulations of the photocatalytic production of hydrogen in silicone microreactors from water-ethanol mixtures(Elsevier, 2017) Castedo, Alejandra; Uriz Doray, Irantzu; Soler, Lluís; Gandía Pascual, Luis; Llorca Piqué, Jordi; Kimika Aplikatua; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Química AplicadaSilicone microreactors containing microchannels of 500 μm width in a single or triple stack configuration have been manufactured, coated with an Au/TiO2 photocatalyst and tested for the photocatalytic production of hydrogen from water-ethanol gaseous mixtures under UV irradiation. Computational fluid dynamics (CFD) simulations have revealed that the design of the distributing headers allowed for a homogeneous distribution of the gaseous stream within the channels of the microreactors. A rate equation for the photocatalytic reaction has been developed from the experimental results obtained with the single stack operated under different ethanol partial pressures, light irradiation intensities and contact times. The hydrogen photoproduction rate has been expressed in terms of a Langmuir-Hinshelwood-type equation that accurately describes the process considering that hydrogen is produced through the dehydrogenation of ethanol to acetaldehyde. This equation incorporates an apparent rate constant (kapp) that has been found to be proportional to the intrinsic kinetic rate constant (k), and that depends on the light intensity (I) as follows: kapp = k·I0.65. A three-dimensional isothermal CFD model has been developed in which the previously obtained kinetic equation has been implemented. The model adequately describes the production of hydrogen of both the single and triple stacks. Moreover, the specific hydrogen productions (i.e. per gram of catalyst) are very close for both stacks thus suggesting that the scaling-up of the process could be accomplished by simply numbering-up. However, small deviations between the experimental and predicted hydrogen production suggest that a fraction of the radiation is absorbed by the microreactor components which should be taken into account for scaling-up purposes.Publication Open Access Kinetics of the acid-catalyzed hydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) by 29Si NMR spectroscopy and mathematical modeling(Springer, 2018) Echeverría Morrás, Jesús; Moriones Jiménez, Paula; Arzamendi Manterola, María Cruz; Garrido Segovia, Julián José; Gil Idoate, María José; Cornejo Ibergallartu, Alfonso; Martínez Merino, Víctor; Química Aplicada; Kimika Aplikatua; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2Tetraethoxysilane (TEOS) is widely used to synthesize siliceous material by the sol–gel process. However, there is still some disagreement about the nature of the limiting step in the hydrolysis and condensation reactions. The goal of this research was to measure the variation in the concentration of intermediates formed in the acid-catalyzed hydrolysis by 29Si NMR spectroscopy, to model the reactions, and to obtain the rate constants and the activation energy for the hydrolysis and early condensation steps. We studied the kinetics of TEOS between pH 3.8 and 4.4, and four temperature values in the range of 277.2–313.2 K, with a TEOS:ethanol:water molar ratio of 1:30:20. Both hydrolysis and the condensation rate speeded up with the temperature and the concentration of oxonium ions. The kinetic constants for hydrolysis reactions increased in each step kh1 < kh2 < kh3 < kh4, but the condensation rate was lower for dimer formation than for the formation of the fully hydrolyzed Si(OH)4. The system was described according to 13 parameters: six of them for the kinetic constants estimated at 298.2 K, six to the activation energies, and one to the equilibrium constant for the fourth hydrolysis. The mathematical model shows a steady increase in the activation energy from 34.5 kJ mol−1 for the first hydrolysis to 39.2 kJ mol−1 in the last step. The activation energy for the condensation reaction from Si(OH)4 was ca. 10 kJ mol−1 higher than the largest activation energy in the hydrolytic reactions. The decrease in the net positive charge on the Si atom contributes to the protonation of the ethoxy group and makes it a better leaving group.