Equilibrio y cinética de adsorción de metales pesados en solución acuosa sobre nanomateriales de carbono

GENESIS DERITH VALDEZ GARCIA (2023, [Tesis de doctorado])

Se estudió la velocidad de adsorción de los cationes metálicos, Cd(II), Cu(II), Zn(II) y Ni(II) en solución acuosa sobre Fibra de Carbón Activado (FCA) y los datos experimentales se interpretaron satisfactoriamente por el modelo de difusión en el volumen del poro (MDVP). Además, se encontró que la difusión intrafibra de los cationes metálicos se ve obstaculizada o restringida considerablemente por efectos de exclusión, fricción y obstrucción. La difusión restringida de cationes metálicos en la adsorción en FCA se analizó e interpretó satisfactoriamente utilizando las correlaciones reportadas en la literatura.

Se llevó a cabo un estudio cinético detallado para diferentes sistemas de adsorción, por medio de los modelos cinéticos de pseudo primer orden (PFO), pseudo segundo orden (PSO), orden n, Elovich y Bangham. Además, se evaluó el efecto de la cantidad adsorbida sobre los valores de las constantes cinéticas y se demostró la importancia de la cantidad y distribución de los datos experimentales en el cálculo de las constantes cinéticas de adsorción.

Se sintetizó un xerogel orgánico (XO) nanoestructurado a partir de fenol y formaldehído y se comparó su capacidad para adsorber Cd(II) con xerogeles orgánicos conteniendo las arcillas sepiolita y vermiculita (XO-Sep y XO-Ver). En este estudio se demostró que la adición de arcillas incrementó la capacidad para adsorber Cd(II), las capacidades de adsorción decrecieron en el orden siguiente: XO-Sep > XO-Ver > XO. La caracterización completa de estos materiales reveló que los xerogeles cuentan con estructura mesoporosa, morfología esférica y presentan carácter ácido. Se evaluaron los efectos del pH, temperatura y fuerza iónica de la solución y los resultados revelaron que el mecanismo de adsorción involucra principalmente interacciones electrostáticas entre el catión metálico y la superficie del adsorbente cargada negativamente. Además, se encontró una contribución parcial de intercambio catiónico.

Por último, se sintetizó eco-grafeno (EG) por una ruta de síntesis amigable con el medio ambiente, y se modificó su química superficial, incrementando la selectividad del material hacia el catión metálico Cd+2. La capacidad de adsorción del EG se incrementó considerablemente al modificar su estructura química y se evaluó el efecto de las condiciones de operación en la capacidad de adsorción del EG modificado. Los resultaos indicaron que las fuerzas electrostáticas e intercambio iónico juegan un papel importante en el proceso de adsorción de Cd(II) sobre EG.

The adsorption rate of the metallic cations of Cd(II), Cu(II), Zn(II) and Ni(II) in an aqueous solution on Activated Carbon Fiber (ACF) was studied, and the experimental data were satisfactorily interpreted by the pore volume diffusion model (MDVP). In addition, it was found that intrafiber diffusion of metal cations is considerably hindered or restricted by exclusion, frictional, and obstruction or blocking effects. The restricted or hindered diffusion of metal cations during adsorption on ACF was successfully analyzed and interpreted using correlations reported in the literature.

A through kinetic study in different adsorption systems was carried out using pseudo-first order (PFO), pseudo second order (PSO), nth order, Elovich and Bangham kinetic models. In addition, the effect of the mass adsorbed on the values of the kinetic constants was evaluated, and the importance of obtaining sufficient and well-distributed experimental data in calculating the adsorption kinetic constants was demonstrated.

A nanostructured organic xerogel (XO) was synthesized from phenol and formaldehyde, and its capacity for adsorbing Cd(II) was compared with organic xerogels containing sepiolite and vermiculite clays (XO-Sep and XO-Ver). This study showed that adding clays increased the adsorption capacity towards Cd(II), and the adsorption capacities decreased in the following order: XO-Sep > XO-Ver > XO. The complete characterization of these materials revealed that the xerogels have a mesoporous structure, spherical morphology, and an acidic surface nature. The effects of pH, temperature and ionic strength of the solution were evaluated, and the results revealed that the adsorption mechanism mainly involves electrostatic interactions between the metal cation and the negatively charged surface of the adsorbent. In addition, a partial contribution of cation exchange was found.

Finally, an eco-graphene (EG) was synthesized by an environmentally friendly synthesis route, and its surface chemistry was modified, increasing the selectivity of the EG towards the Cd+2 metal cation. The EG adsorption capacity increased considerably by modifying its surface chemical characteristics, and the effect of operating conditions on the adsorption capacity of modified EG was evaluated. The results indicated that electrostatic forces and ion exchange play an essential role in the adsorption of Cd(II) on the modified EG.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Uso de tecnología geoespacial en la nivelación de tierras con propósito de diseño y trazo de riego superficial: metodología

VICTOR MANUEL GORDILLO SALINAS Alberto González Sánchez RONALD ERNESTO ONTIVEROS CAPURATA (2020, [Documento de trabajo])

RD1912.1

La exactitud de un levantamiento hecho con un vehículo aéreo no tripulado (VANT) es el resultado de diversas variables como el diseño del vuelo, calidad y metodología de modelación de la cámara, algoritmos de estructura del movimiento y estrategias de georreferenciación. Por otro lado, la nivelación de tierras es una actividad que consiste en realizar cortes en las partes altas de una parcela y transportarla a las partes más bajas de la misma. En agricultura de riego superficial esta actividad aporta grandes ventajas como: ahorro de agua, mano de obra y energía, alta uniformidad en la aplicación del agua (con diseño y manejo adecuados), mayor eficiencia en el uso de fertilizantes, operación más eficiente de la maquinaria, control de la erosión y mejoramiento del drenaje superficial. Debido a la importancia de dicha actividad, el objetivo de este trabajo es desarrollar y validar una metodología para el levantamiento topográfico usando imágenes aéreas tomadas con un VANT y que dicha metodología pueda ser una herramienta que pueda dar un seguimiento periódico a las necesidades de nivelación de un terreno agrícola.

Riego Aviones no tripulados Topografía Fotogrametría INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Las inundaciones en un marco de incertidumbre climática

Felipe Arreguin Mario Lopez Perez (2016, [Artículo])

Se presentan los eventos naturales que causaron pérdidas en el planeta en el año 2015, obtenidos por el Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft. Es de destacar el incremento de los eventos hidrológicos en dos veces y media de 1980 a 2012. Varios factores inciden sobre el incremento de las inundaciones, de entre ellos destacan la ausencia de ordenamiento territorial y los efectos del cambio climático sobre el ciclo hidrológico. Se comentan los tipos de daños que provoca una inundación y la complejidad de calcularlos. En el caso de México, se presenta un mapa de las zonas con riesgo de inundación; los costos que estos fenómenos han ocasionado de 2000 a 2014, según el Centro Nacional de Prevención de Desastres; el mapa de riesgo municipal por lluvias y ciclones tropicales en México, de acuerdo con los escenarios presentados por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático en 2012, y algunas reflexiones sobre la atención a estos problemas, proponiendo que se establezcan programas de control de inundaciones basados en la teoría de gestión integrada de crecidas; reducir la incertidumbre existente en materia de información hidrometeorológica, pluviográfica, de seguimiento hidrológico en ríos, y sobre todo de proyecciones climáticas; apoyar estos programas con recursos humanos altamente calificados, y revisar el funcionamiento de vertedores de presas con riesgo hidrológico.

Cambio climático Prevención y mitigación Inundaciones INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Dinámica de los mantos freáticos someros en los distritos de riego

Shallow water table dynamics in irrigation districts

pedro lazaro HECTOR MANUEL ORTEGA ESCOBAR LUIS RENDON PIMENTEL FELIPE ZATARAIN MENDOZA (2000, [Artículo])

Se presenta un modelo numérico para simular la transferencia de agua en los mantos freáticos someros. El modelo se basa en la ecuación diferencial que resulta de la integración de la ecuación de Richards en la dirección vertical. El esquema numérico para la solución de la ecuación se obtiene de la integración de ésta utilizando el método del elemento finito en el espacio y un esquema centrado en diferencias finitas en el tiempo. El dominio de solución utilizado en la construcción, calibración y aplicación del modelo es el Distrito de Riego 076 Valle del Carrizo ubicado al norte del Edo. de Sinaloa, México. La aplicación del modelo se efectuó en dos etapas: la primera es una simulación inversa para estimar el flujo de recarga en diferentes intervalos y la segunda es una simulación directa de la respuesta del sistema para diversos escenarios. Los resultados permiten concluir que el modelo es útil para fines de planificación.

Distritos de riego Recarga de acuíferos Modelos matemáticos Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Programa de cómputo para analizar la dinámica del agua en sistemas de drenaje agrícola subterráneo

Computer program to analyze the water dynamics in subsurface agricultural drainage systems

MANUEL ZAVALA TREJO HEBER ELEAZAR SAUCEDO ROJAS CARLOS FUENTES RUIZ (2014, [Artículo])

El análisis del drenaje agrícola requiere una herramienta computacional que facilite a un usuario describir los cambios del manto freático somero y del flujo de drenaje considerando las propiedades del suelo, las características físicas y disposición espacial de los drenes y las tasas verticales de recarga o descarga del acuífero (infiltración o evapotranspiración). En este estudio se desarrolló el programa de cómputo con interfaz gráfica llamado DRENAS que simula el funcionamiento hidráulico de sistemas de drenaje subterráneos; su módulo de cálculo principal contiene una solución numérica de la ecuación de Boussinesq unidimensional para acuíferos libres, considerando el coeficiente de almacena¬miento del acuífero una función de la carga hidráulica y re¬presentando la recarga vertical como función del tiempo. En este módulo se pueden emplear relaciones no lineales entre el flujo de drenaje y la carga hidráulica sobre el dren, llamadas condiciones de frontera de radiación fractal y radiación convexa.

Drenaje agrícola Hidrodinámica Programas de computación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Parametrización de hidrogramas mediante interpolantes hermitianos

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ ALDO IVAN RAMIREZ OROZCO (1998, [Artículo])

La parametrización de hidrogramas resulta útil en la definición de avenidas de diseño, por lo que diversas opciones de parametrización han sido propuestas en la literatura. No obstante, éstas exhiben ciertas limitaciones que restringen su aplicación en la representación de hidrogramas naturales. Esto ha motivado a los autores a desarrollar una parametrización polinomial basada en el empleo de interpolantes hermitianos, cuyas principales propiedades son la continuidad de derivadas hasta de cierto orden y la invariancia de volumen. Dichas propiedades se demuestran en este artículo. También se presentan dos ejemplos de aplicación en los cuales se ha utilizado el procedimiento propuesto para definir la forma de un hidrograma unitario generado sintéticamente y para la representación de un hidrograma real de un solo pico.

Parametrización de avenidas Hidrogramas Avenidas de diseño INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Presión hidrodinámica en tanques de almacenamiento producida por aceleración horizontal

ALDO IVAN RAMIREZ OROZCO (1996, [Artículo])

Almacenar agua en forma segura, a la vez que se le proporciona cierta carga, son actividades indispensables para el desarrollo de un grupo de individuos. En este trabajo se presenta una solución simplificada, basada en los estudios de G. W. Housner, para obtener expresiones explícitas destinadas a la distribución de presiones y a las fuerzas de presión total, producidas por aceleración horizontal y ejercidas sobre las paredes y el fondo de tanques superficiales, tanto rectangulares como cilíndricos (doblemente simétricos). Se muestra, además, una metodología para el análisis hidrodinámico de tanques de almacenamiento elevados. Las expresiones obtenidas, de fácil aplicación, son particularmente importantes para los ingenieros civiles interesados en el análisis hidrodinámico de tanques de almacenamiento sujetos a aceleraciones horizontales, principalmente para el pre-dimensionamiento de este tipo de estructuras.

Presión hidrodinámica Tanques de almacenamiento Análisis sísmico INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Criterios de diseño sísmico de túneles

JAVIER AVILES LOPEZ LUIS EDUARDO PEREZ ROCHA (2014, [Artículo])

Se presenta una revisión y adaptación de los criterios de diseño sísmico establecidos en la práctica para túneles rectos de sección circular. Se consideran dos métodos de análisis: el método de deformación de campo libre y el método de interacción suelo - estructura. Se analizan las deformaciones axial, flexionante y de ovalamiento causadas por el paso de ondas sísmicas, y se dan expresiones prácticas para calcular los elementos mecánicos asociados. La aplicación de ambos métodos se ilustra con el caso de un túnel típico en suelo blando, que muestra claramente el efecto debido al contraste de rigidez entre los dos elementos.

Interacción suelo-túnel Deformación de campo libre Respuesta sísmica de túneles INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Estimación de parámetros del consumo instantáneo de agua potable de lecturas acumuladas

Instantaneous water demand parameter estimation from accululated readings

VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA Velitchko Tzatchkov (2009, [Artículo])

El consumo de agua potable a nivel doméstico tiene carácter estocástico, caracterizado por la intensidad, duración y frecuencia de los pulsos de demanda; cada una de ellas representada estadística mente. Estos parámetros se pueden obtener por medio de medición directa de la demanda instantánea, pero esta forma necesita mediciones con registro de cada segundo, por lo que genera una enorme cantidad de datos por manejar. En este artículo se presenta un nuevo método para estimar los parámetros para la generación de las series de consumo, con base en mediciones con intervalos mayores a un segundo. El método propuesto considera principios del proceso de Neyman-Scott (N-S) en la desagregación temporal del volumen acumulado.

Abastecimiento de agua Consumo doméstico de agua Modelos matemáticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Mejoramiento del grado de uso del nitrógeno en maíz mediante técnicas parcelarias de riego por superficie

Improving the usage level of nitrogen in maize, through surface irrigation plot techniques

JAIME MACIAS CERVANTES JESUS DEL ROSARIO RUELAS ISLAS PABLO PRECIADO RANGEL WALDO OJEDA BUSTAMANTE MARCO ANTONIO INZUNZA IBARRA JOSE ALFREDO SAMANIEGO GAXIOLA (2015, [Artículo])

El maíz es uno de los principales cultivos sembrados en el estado de Sinaloa; sin embargo, en esta región la aplicación de riegos se realiza sin considerar las características físicas del suelo incrementando las pérdidas de agua y fertilizantes. Es importante desarrollar tecnologías que permitan optimizar el uso de insumos (agua, fertilizantes, pesticidas) incrementando el potencial productivo de los cultivos y reduciendo los costos de producción, por tal motivo, se desarrollaron una serie de experimentos durante los ciclos otoño-invierno 2006-2007 y 2011-2012 en el norte de Sinaloa, México, con el propósito de conocer el efecto del riego por gravedad por diferentes técnicas en la eficiencia de uso del nitrógeno (N) en el cultivo de maíz.

Riego de baja presión Riego de superficie Nitrógeno Cultivos alimenticios Maíz INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA