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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3818| Síntesis de Nanoestructuras de Óxidos Metálicos utilizando Energía Solar Concentrada Synthesis of Metal Oxide Nanostructures Using Concentrated Solar Energy | |
| Claudia Daniella Villa Miranda | |
| FRANCISCO JAVIER CARRANZA CHAVEZ Hugo Alejandro Borbón Nuñez | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| nanomateriales, óxido de zinc, energía solar concentrada, concentrador parabólico compuesto, ahorro de energía nanomaterials, zinc oxide, concentrated solar energy, compound parabolic concentrator, energy saving | |
| La aplicación de nanomateriales en diversas áreas como electrónica, agricultura, medicina, desalinización y tratamiento de agua, entre otras, ha crecido notablemente en las últimas décadas debido a sus propiedades únicas en comparación con los materiales a escala macroscópica. Los nanomateriales más utilizados hasta el momento son los óxidos metálicos, entre los cuales figura el óxido de zinc, un semiconductor relativamente económico, estable en ambientes hostiles y con propiedades ópticas y eléctricas adecuadas para diversos procesos industriales. Tanto para el óxido de zinc como para la mayoría de los nanomateriales, el proceso de síntesis se caracteriza por consumir cantidades elevadas de energía, normalmente proveniente de combustibles fósiles, y por tener una producción limitada. En respuesta a ello se ha venido realizando un esfuerzo para desarrollar métodos de síntesis donde se aproveche alguna fuente de energía renovable. Por lo tanto, en este trabajo de tesis se propuso un método novedoso para sintetizar nanoestructuras de óxido de zinc utilizando energía solar concentrada. Se construyó un concentrador parabólico compuesto que fungió como reactor y donde se logró sintetizar nanoflores de óxido de zinc con la estructura cristalina de wurtzita por el método de auto-acoplamiento, en solución acuosa, en un intervalo de temperatura entre 50 y 70°C aproximadamente. También se sintetizó óxido de zinc de manera convencional en el laboratorio a 50, 60 y 70°C para fines comparativos. Se demostró la reproducibilidad de la síntesis solar mostrando estructuras tipo flor con un diámetro promedio de 2 µm, constituidas por láminas que varían en el rango de 27 a 52 nm. Dicha morfología fue distinta a las obtenidas en el laboratorio y tuvo mayor grado de cristalinidad. Asimismo, mediante la síntesis solar se logró incrementar la producción 15 veces en comparación al proceso convencional y por cada miligramo de nanomaterial sintetizado con energía solar se lograron reducciones entre 58% y 63%, aproximadamente, en energía eléctrica y emisiones de dióxido de carbono. The implementation of nanomaterials in numerous areas such as electronics, agriculture, medicine, desalination and water treatment, among others, has grown considerably in recent decades due to their unique properties compared to materials at macroscopic scale. Currently, the most widely used nanomaterials are metal oxides, including zinc oxide, a relatively inexpensives emiconductor which is stable in hostile environments and has optical and electrical properties that make it apt for various industrial processes. As for most nanomaterials, the synthesis of zinc oxide is also characterized by the consumption of large amounts of energy, usually obtained from fossil fuels, and by having limited productivity. In order to address this situation, efforts have been made to develop alternative methods of synthesis which involve the use of renewable energy sources. Therefore, in this work a novel method of synthesis to produce zinc oxide nanostructures using concentrated solar energy is proposed. A compound parabolic solar concentrator was built and used as reactor to produce zinc oxide nanoflowers with the Wurtzite crystalline structure through the self-coupling method in aqueous solution and in a temperature range between 50 to 70°C approximately. For comparison purposes, zinc oxide was also synthetized at 50, 60, and 70°C through a conventional method in laboratory conditions. The reproducibility of the solar synthesis was demonstrated, showing flower-like structures with an average diameter of 2 µm made of sheets that varied in the range from 27 to 52 nm. This morphology was different from that of the nanostructures obtained in the laboratory and had a higher degree of crystallinity. The solar synthesis method improved the production of zinc oxide by 15 times over the conventional process. In addition, for each milligram of nanomaterial synthesized with solar energy, reductions between 58% and 63%, approximately, were accomplished in the consumption of electrical energy and emissions of carbon dioxide. | |
| CICESE | |
| 2022 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Villa Miranda, C.D. 2022. Síntesis de Nanoestructuras de Óxidos Metálicos utilizando Energía Solar Concentrada. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 66 pp. | |
| FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENERGÍA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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| tesis_Claudia Daniella Villa Miranda_25 nov 2022.pdf | Versión completa de la tesis | 4.15 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |