APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Currently, circular economy and bioeconomy have garnered escalating interest worldwide due to their pursuit of promoting sustainability and resource recovery. In this context, the recovery of primary materials and the mitigation of anthropogenic gas emissions stands as crucial objectives. Notably, SOX emissions have emerged as a prominent focus among contaminant emissions, thereby prompting the exploration of their biological recovery method. This study endeavours to investigate the application of PVA immobilization as a technique for such recovery. The primary aim of this research is to operate a reactor employing diverse types of sulfate-reducing microorganisms. The overarching goal encompasses the selection and implementation of the most efficient immobilization method for these microorganisms, coupled with meticulous and systematic monitoring of their activity throughout reactor operation. Furthermore, the evaluation of the performance and efficiency of the reactors under controlled conditions becomes pivotal, entailing a vigilant assessment of potential interferences arising from the presence of different microorganism strains within the system. This project presents a comprehensive exposition of the materials and methods employed to investigate sulfate reduction. Elucidation of the procedures involved in cultivating sulfate-reducing bacteria are provided, encompassing the selection of microorganisms and the preparation of the mineral medium. Additionally, the process of immobilization utilizing polyvinyl alcohol (PVA) is explicated, along with the operational procedures of the experimental system featuring bioreactors and the calibration of the peristaltic pump. The monitoring of sulfate-reducing activity is pursued, aided by analytical methodologies for ascertaining parameters such as chemical oxygen demand (COD), sulfate, sulfur, pH, and volatile fatty acids. This wealth of information proves indispensable for comprehending the outcomes and conclusions derived from this study. This investigation yields a more profound understanding of reactor operation for SOX recovery within the context of bioeconomy and material reclamation. The findings showcase commendable elimination efficiencies achieved by microorganisms utilizing glycerol as a carbon source, attaining values close to 100%. Furthermore, the reactors exhibit an accumulation of volatile fatty acids, which diminishes when microorganisms utilizing acetate as a carbon source are inoculated into the reactor.

The present study focuses on the production of biogenic acid for the recovery of metals from LIB batteries in disused mobile phones. First, a bibliographic search of articles on the production of biogenic acid from sulfur sources with Acidithiobacillus was carried out, to determine the optimal growth medium for these, specifically: 3 g/L (NH4)2SO4, 0.5 g/L MgSO4·7 H2O, 0.5 g/L K2HPO4, 0.1 g/L KCl i 0.01 g/L Ca(NO3)2·4 H2O. The same was done for metal bioleaching articles, where the most influential variables in lithium and cobalt extraction were: particle size, agitation, temperature, and the presence of cobalt reducing agents. The production of biogenic acid was carried out at a temperature of 32ºC, orbital agitation at 95 rpm, 0.1 - 1% Sº (w / v), inoculations of 10% (v / v) with A. thiooxidans and A. ferrooxidans separately and initial pH adjustment between 2 and 3 with 20% sulfuric acid. Of the two microorganisms used, A. thiooxidans showed a greater decrease in pH, specifically -1.64, and a greater production of sulfates. Over a period of 14 days, its medium reached pH 1 and 16000 ppm of sulphates were produced. Biogenic acid from the production of A. thiooxidans was therefore used for the bioleaching experiment. Using 50 ml of this biogenic acid in 100 ml flasks, magnetic stirring at 200 rpm and room temperature, 70% lithium and 21% cobalt were extracted in 21 hours.

There is currently great interest in the development of materials that possess magnetic ordering properties with other types of ferrous ordering simultaneously because this promotes an additional degree of freedom and opens new windows for innovative applications that pose a solution to problems of pollution and environmental destruction. However, materials capable of generating a magnetoelectric coupling effect are scarce, and in this sense iron bismuth (BiFeO3) is a particular case, since so far it is the only simple oxide that fulfils the conditions mentioned above. Therefore, the structure and properties of BiFeO3 heteroepitaxial materials deposited on SrRuO3 and SrTiO3(100) substrates by PLD (Plasma Laser Deposition) were studied by XRD, XRR, AFM, PFM and UV-Vis techniques, in order to determine the growth conditions of these films, as well as to study the environmental applications in which the use of the developed materials can be susceptible. The results indicate the formation of 3D islands of rectangular and trapezoidal geometries, present in isolation or in combination. The islands formed possess ferroelectric properties, according to PFM results. UV-Vis tests were used to calculate the band gap of the epitaxial BFO film, which yielded a result of 4.1 eV for the measurement of the direct transitions and differs from the suggested value of 2.2 eV in the literature.

La societat actual cada vegada té una dependència més gran als telèfons mòbils, tauletes, ordinadors... Sense deixar de banda que l'edat dels consumidors cada cop és inferior, i per tant, cada vegada hi ha més població que en fa ús. Òbviament tots els consumidors volen disposar dels nous models i noves versions dels aparells electrònics que surten el mercat, deixant en desús l'aparell “antic”, quan encara podria haver tingut una vida útil molt més llarga. Aquesta actualització continua que el consumidor requereix, ocasiona que la generació de residus elèctrics i electrònics cada vegada sigui més gran. Degut a aquest fet, han sortit associacions que s'han adonat del profit que es pot treure dels residus electrònics, un cop s'han deixat en desús. Per això s'ha començat a investigar sobre la recuperació dels metalls que hi ha en els residus electrònics. Actualment les dues tècniques més utilitzades per a la recuperació dels metalls són la hidrometal·lúrgia i la pirometal·lúrgia. Tenint en compte que les dues tenen una gran quantitat d'inconvenients pel medi ambient. Per això, cal estudiar tècniques alternatives per a la recuperació dels metalls.

Les Terres rares tenen un paper molt important a l'actualitat donades les seves aplicacions en el món de l'energia i els materials d'alta tecnologia. Aquestes estan formades per 17 metalls, 15 dels quals formen part del grup dels lantànids (que van del lantà al luteci), l'escandi i l'itri. La massa atòmica d'aquests metalls és un factor determinant del pes del metall que el caracteritzarà com a metall pesant o lleuger. La presència mundial d'aquests metalls és bastant homogènia a l'escorça i es troben formant òxids que formen part de minerals. Un d'aquests minerals més importants és la bastnesita, que conté una proporció elevada d'Europi. Els dipòsits que conformen les terres rares presenten composicions diferents trobant-ne alguns amb presència de totes les terres rares existents i d'altres només 6 dels 17 elements. Així mateix, el principal productor de REE (Rare Earth Elements) és la Xina que es manté lluny dels seus competidors. Les aplicacions que ocupen la major part del consum de Terres rares són el sector de l'automòbil i el ceràmic però també existeixen sectors amb consums menors però igual d'importants com els aliatges de metalls en bateries o additius per a vidres de precisió. La presència d'un o altre metall en aquestes aplicacions varia en funció de les propietats que aquesta requereix tenint com a exemple l'alta concentració de lantànids per a les bateries o elevada concentració de ceri en els vidres. L'inventari realitzat ens demostra que a Europa tenim una gran quantitat de residus que contenen terres rares malgrat no ser un continent capdavanter pel que fa a la extracció d'aquests metalls dels minerals. Els més destacables son els residus obtinguts a partir de processos metal·lúrgics i els residus electrònics i tecnològics. En el primer cas hem vist residus com els fangs procedents del processament de la bauxita contenen quantitats substancials de terres rares potencialment recuperables com l'escandi i el ceri. En el segon grup destaquen residus electrònics com les bateries o els imants amb presència dels metalls d'interès. Es tracta de residus amb proporcions elevades de terres rares i per tant, amb un gran valor. Tenim residus com els les bateries, les quals presenten més d'un 10% de terres rares en la seva composició o un 20% en els imants permanents de Neodimi. La recuperació actual d'aquests metalls es realitza generalment mitjançant un lixiviant àcid que dissol el metall en un procés metal·lúrgic de recuperació (en alguns casos prèvia concentració). La biolixiviació és un procés poc utilitzat però potencialment més sostenible. Alguns estudis demostren recuperacions exitoses per alguns residus mitjançant mètodes de biolixiviació. Tenim com a exemple els fangs procedents de l'extracció de l'alumini, els quals utilitzen el fong Penicillium com a generador de lixiviant..

Els residus d'aparells elèctrics i electrònics contenen coure i metalls valuosos. La creixent demanda d'aquests aparells converteixen aquests residus en una potencial font de metalls valuosos. Actualment s'està treballant en el desenvolupament de nous mètodes o tecnologies per a la recuperació de metalls continguts en aquests residus que siguin més respectuosos per al medi ambient. En aquest projecte es proposa l'aprofitament de l'activitat metabòlica de determinats microorganismes per regenerar els agents responsables d'extreure els metalls de la matriu del residu, utilitzant una planta pilot de biolixiviació. La planta de biolixiviació emprada en aquest procés consta de quatre etapes: bioxidació (que es produeix en un reactor biològic), sedimentació de la biomassa, lixiviació del coure del residu i cementació del coure. En aquest projecte ens centrarem en l'etapa de la biolixiviació en columna per a la recuperació de coure i se n'estudiaran les condicions òptimes, com és ara: dimensions de la columna, cabals d'entrada i sortida, velocitat de recirculació, mida de la partícula del residu, entre d'altres, per tal de determinar el seu potencial a escala industrial i limitacions d'aplicació.

Aquest treball té com a objectiu analitzar dos biocombustibles generats per digestió anaeròbia, el biogàs i el biohidrogen, com a fonts alternatives d'energia. S'analitza la viabilitat d'aquests combustibles a partir de l'aplicació d'un sistema de generació de biogàs a partir de dejeccions animals en una explotació ramadera, Vila-Roger, situada en la comarca d'Osona. Com a punt de partida s'estudia quina quantitat de dejeccions es produeix a l'explotació, tant de fems com de purins. A partir del valor total de dejeccions es plantegen tres hipòtesis: la utilització només de fems o de purins, o bé la barreja dels dos, amb l'objectiu d'analitzar diferents escenaris. El primer pas és estudiar la qualitat de la matèria primera proposada per a la producció de biogàs, mitjançant la relació C/N, ja que és la que dirà si la matèria primera és apta o no per la producció del biogàs. Un cop analitzada aquesta relació s'estudia quina quantitat de biogàs es produeix per a cada situació plantejada anteriorment. Finalment aquestes dades es comparen amb un simulador i es conclou la viabilitat econòmica i d'instal·lació de la planta. Com a resultat d'aquest anàlisi s'observa que cap dels casos proposats en aquest treball seria viable, ja que el temps d'amortització seria superior a la vida útil de la planta. Això és degut a que la quantitat de bestiar no és suficient per a la instal·lació d'una planta, tot i que el biogàs generat podria abastirà tota la granja.

La finalitat del treball és l'estudi de sistemes d'adsorció de contaminants orgànics de les aigües residuals mitjançant materials adsorbents procedents de residus o subproductes. La presència de contaminants orgànics en les aigües residuals és un tema que comporta una elevada problemàtica donat l'efecte que tenen sobre el medi ambient i la salut de les persones i animals. Per aquest motiu i gràcies a la millora de les tècniques disponibles per a la detecció dels compostos orgànics, la legislació existent per a la regulació d'aquests compostos, ha anat esdevenint cada cop més restrictiva. Inicialment, s'introdueix la legislació sobre contaminants orgànics de les aigües residuals així com un breu resum de diferents alternatives de tractament per a la seva eliminació. També es detalla el procés físic de l'adsorció exposant les principals característiques d'aquest mètode, els seus avantatges i els seus inconvenients. En segon lloc, s'exposa la prospecció científica que s'ha dut a terme a nivell bibliogràfic per conèixer les investigacions realitzades sobre els sistemes d'adsorció emprant materials adsorbents procedents de residus i subproductes així com els resultats i conclusions que s'han extret per cada cas. Principalment, s'aprofundeix sobre els materials obtinguts a partir de residus del sector agroalimentari, fangs de depuradora, compost i cendres de central tèrmica. Posteriorment, es presenten els assajos experimentals duts a terme a nivell de laboratori amb cinc materials adsorbents: un carbó actiu procedent de fangs d'una Estació Depuradora d'Aigües Residuals activats tèrmicament, dos carbons actius comercials, una mostra de Compost procedent de l'EDAR de Manresa i una mostra d'un carbó d'elevat grau d'oxidació (Leonardita). Els assajos realitzats amb els materials adsorbents han consistit en una caracterització d'aquests i una experimentació d'adsorció de paracetamol en batch per determinar el seu comportament i la viabilitat del seu ús per al tractament d'aigües. Les conclusions que s'extreuen del treball apunten que els fangs de depuradora poden ser un bon adsorbent per a sistemes d'adsorció d'aigües residuals tot i que es considera necessari prosseguir les investigacions amb estudis experimentals en continu en columnes d'adsorció així com estudiar els possibles tractaments d'activació química per tal de millorar l'estabilitat d'aquest material i reduir-ne els problemes de lixiviació. Pel que fa als carbons actius comercials, els resultats també han estat positius i s'ha eliminat la totalitat del paracetamol en l'assaig. Contràriament, la leonardita i el compost han presentat resultats negatius en els assajos d'adsorció i s'han observat importants problemes de lixiviació