Descripció del projecte
Les resines d’intercanvi iònic són polímers en forma d’esferes de gel que son capaces d’intercanviar ions (cations o anions) dins del polímer amb ions presents en una solució que passa a través d’ells. Les resines sintètiques s’utilitzen principalment per purificar aigua, però també en altres aplicacions, com per exemple en el procés de separació d’alguns elements. Les resines en forma de perla de gel solen tenir àcid sulfònic o carboxílic sals d’amoni quaternari en el seu interior. Aquests polímers contenen grups àcids i per tant és poden classificar com intercanviadors d’àcid o cations, quan intercanvien ions positius, com l’hidrogen y ions metàl·lics. S’ha de remarcar que els grups base amoni és consideren intercanviadors de bases o anions degut a que intercanvien ions negatius, ions d’hidròxid ordinari o ions d’halurs. Aquests tipus de resines d’intercanvi son materials sòlids amb una baixa densitat i elevada porositat. Quan és submergeixen en una solució, la resina absorbeix la solució incrementant la mida de partícula emmagatzemant en el seu interior la concentració dels ions en solució.
Degut a tot lo explicat anteriorment, aquestes resines són àmpliament utilitzades tant en aplicacions industrials tant en l’àmbit nacional com internacional. En concret, encara que aquestes resines són àmpliament en el sector de purificació d’aigües degut a les seves propietats físiques. En concret, Steros GPA Innovative S.L. (GPA) utilitza les característiques d’intercanvi iònic breument escrits anteriorment per dopar aquestes resines i poder polir materials tant metàl·lics com compostos mitjançant la tecnologia DryLyte, sent aquesta la primera empresa tant a nivell nacional com internacional que poleix materials utilitzant aquesta tecnologia tecnologia. Mitjançant, aquesta tecnologia de post-processat, permet reduir selectivament la rugositat de les mostres, capa per capa i arribar a millorar la durabilitat del producte final en condicions de servei.
A dia d’avui, una vegada és consumeix l’electròlit s’envia directament a la planta d’incineració. Amb el transcurs d’aquesta tesis doctoral, és vol desenvolupar un procés on s’extregui els ions metàl·ics de l’interior de la resina, podent reutilitzar-la i revaloritzar l’electròlit i com a conseqüència reduir les emissions de CO2 equivalents produïdes durant el procés actual d’incineració. En aquest sentit, l’objectiu científic-tècnic d’aquesta tesis doctoral és: (1) desenvolupar un procés de neteja eficient per tal d’extreure els ions metàl·lics sense afectar la particula (l’electròlit) i d’aquesta manera poder-ho utilitzar tantes vegades com sigui possible (mantenint una qualitat de producte inicial acceptable) i (2) una vegada extret els ions mtàl·lics poder desenvolupar catalitzadors mitjançant tècniques avançades d’impressió (DIW, direct ink writing) per tal de poder capturar gasos d’efecte hivernable.
Per tal d’assolir els objectius presentats anteriorment, els objectius específics que és pretenen obtenir són:
(1) Realitzar un anàlisis del cicle de vida de l’electròlit a nivell tant estatal com europeu per tal de veure la viabilitat ambiental en la reutilització dels ions metàl·lics i com a conseqüència indirecta el propi electròlit,
(2) Estudiar i optimitzar el procés de neteja de l’electrò i desenvolupar un mètode de recuperació dels ions metàl·lics units a la resina d’intercanvi iònic,
(3) Estudiar la composició óptima de càrrega meàl·lics dels ions extets en l’etapa anterior per tal de dissenyar i optimitzar els catalitzadors i d’aquesta manera maximitzar l’eficiència dels mateixos.
(4) Realitzar assajos catalitics per veure la seva eficiència
Aquesta tesis doctoral, és realitzarà conjuntament amb el grup d’investigació ENCORE de la Universitat Politècnica de Catalunya; el qual té una elevada experiència en reaccions catalítiques. En aquest sentit, per la correcta realització d’aquesta tesis doctoral, en termes generals, la següent metodologia és durà a terme:
(1) Anàlisis del cicle de vida de l’electròlit tant a nivell nacional com internacional i d’aquesta manera poder determinar l’empremta de CO2 del mateix
(2) Desenvolupar un protocol de neteja de l’electròlit una vegada aquest arribi al final de la vida útil
(3) Extracció i purificació dels ions metàlics presents en la resina
(4) Disseny de la pasta ceràmica amb càrrega metàl·lica – procés d’optimització per tal de maximitzar tant les propietats microestructurals, mecàniques com catalítiques
(5) Realitzar assajos catalítics.
Mitjançant aquesta tesis doctoral, permetrà reduir considerablement la quantitat de CO2 que a dia d’avui s’envia a l’atmosfera una vegada aquesta resina d’intercanvi iònic arriba al final de la vida útil.
