Diseño, fabricación e integración de sensores electroquímicos impresos para la monitorización de biorreactores
A causa de l'augment de la contaminació a escala mundial, les eines de monitoratge i els processos de tractament de residus s'han convertit en una necessitat urgent. Els contaminants trobats en gasos i efluents industrials i urbans presenten greus efectes ambientals i toxicològics, a més d...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/695874 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/695874 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | Sensors electroquímics Electrochemical sensors Sensores electroquímicos Impressió inkjet Inkjet printing Impresión inkjet Impressió 3D 3D printing Impresión 3D Ciències Experimentals 54 |
| Sumario: | A causa de l'augment de la contaminació a escala mundial, les eines de monitoratge i els processos de tractament de residus s'han convertit en una necessitat urgent. Els contaminants trobats en gasos i efluents industrials i urbans presenten greus efectes ambientals i toxicològics, a més de contenir potencials fonts d'energia o matèries primeres recuperables. Per a solucionar aquests problemes, s'estan investigant noves estratègies de transformació de contaminants les quals requereixen d'un estricte control i seguiment. Gràcies a les innovacions en sensors electroquímics i electrònica impresa, i la combinació de totes dues per a l'obtenció de sensors miniaturitzats, actualment és possible dissenyar i fabricar eines analítiques adaptades específicament a les necessitats de cada procés. Els sensors electroquímics fabricats per a monitorar reactors han d'incorporar tots els elèctrodes necessaris per a realitzar la mesura, ser capaços d'analitzar en l'interval de concentració i en presència dels interferents amb la mínima preparació de mostra, mantenir la seva resposta estable per llargs períodes de temps i adaptar-se morfològicament per a introduir-se en el reactor. Entre els contaminants més importants de tractar, els que irrompen en els cicles naturals (carboni, nitrogen, sofre i fòsfor) són els prioritaris. En particular, la transformació de gasos SOx en bio-S0 recuperable, l'eliminació de gasos NOx i ions NO3− i la recuperació d’NH4+ són els processos per als quals s'han fabricat per impressió, modificat i optimitzat sensors en aquesta tesi. En la primera part d'aquesta tesi, les tecnologies d'impressió basades en el mètode de drop on demand com són inkjet printing i direct ink writing s'han utilitzat per a imprimir elèctrodes de grafit i plataformes que incorporaven elèctrodes de referència i contraelèctrodes. Els elèctrodes de treball es van modificar per a millorar la seva resposta cap als anàlits d'interès i juntament amb els elèctrodes incorporats van resultar en sensors integrables en els reactors per als quals es van dissenyar. Concretament, els elèctrodes de grafit es van modificar amb una dispersió de nanotubs de carboni monocapa i poliàcid làctic per a obtenir sensors amperomètrics per a H2S, amb òxids d'iridi mixtos per a mesures potenciomètriques de pH i amb un còctel sensors selectiu a NO3− que consisteix en una membrana de policlorur de vinil dopada amb un ionòfor per al seguiment potenciomètric d’ió nitrit. Els sensors d'H2S i pH es van combinar en una plataforma per a una prova de concepte en el monitoratge d'un reactor sulfat-reductor. En la segona part, s'ha optimitzat la impressió en 3D de fabricació per filament fos i l'activació d'elèctrodes de carbon black en poliàcid làctic. Els elèctrodes impresos s'incorporen en plataformes compactes per a posteriorment ser modificats a sensors concrets. Utilitzant els òxids d'iridi mixtos es van fabricar sensors potenciomètrics de pH per a un bioreactor de recuperació d’NH4+, obtenint característiques comparables als sensors produïts per direct ink writing. Finalment, un disseny compacte es va fabricar per a mesurar H2 dissolt a altes pressions en un reactor sulfat-reductor, resultant en propietats millors que les alternatives actualment disponibles comercialment. |
|---|