Aplicación de electrodos con mecanismos redox para la desalinización del agua

La desionización capacitiva es una tecnología prometedora para la purificación y desalinización de agua salobre con grandes ventajas sobre las tecnologías actuales debido a su bajo coste operativo y a su elevado ratio de recuperación de agua. La mayoría de los sistemas estudiados se basan en la capacidad de adsorción/desorción de los electrodos de carbón activado debido a su elevada superficie. Sin embargo, su capacidad específica de adsorción es limitada ya que la adsorción se produce predominantemente en la superficie de los electrodos. En esta tesis proponemos el uso de polianilina como material de adsorción de iones cloruro. La polianilina es un polímero redox capaz de alojar aniones en varios de sus tres estados cuando se somete a un voltaje externo. Para ello, sintetizamos polianilina mediante la técnica de electrodeposición y se estudió su comportamiento electroquímico. Se ensambló un sistema CDI híbrido, utilizando PANI como material anódico y tela de carbón activado como cátodo, mostrando una adsorción sobresaliente de 37.26 mg/g Cl a densidades de corriente de 250 A/g. El consumo energético de este sistema fue de 0,4979 kWh/m3. Su estabilidad se evaluó a lo largo de 50 ciclos con una pérdida de capacidad insignificante. Junto con su uso en un sistema CDI, el objetivo de esta tesis fue comprender los mecanismos de funcionamiento de este material, mediante su caracterización física y electroquímica, así como su eficiencia y estabilidad mediante el uso de este material en celdas de desionización capacitiva. Capacitive deionization is a promising technology for purification and desalination of brackish water with great advantages over current technologies due to its low operating cost and high-water recovery ratio. Most of the system studied relies on the adsorption/desorption capacity of activated carbon electrodes due to its high surface area. However, its specific adsorption capacity is limited since the adsorption is predominantly on the surface of the electrodes. In this thesis we propose the use of polyaniline as a chlorideion adsorption material. Polyaniline is a redox polymer able to accommodate anions in several of its three states when subjected to an external voltage. To this end, we synthesized polyaniline by electrodeposition technique and its electrochemical behavior was studied. A hybrid CDI system was assembled, using PANI as anode material and activated carbon cloth as cathode, showing outstanding adsorption of 37.26 mg/g Cl at current densities of 250 A/g. The energy consumption of this system was of 0.4979 kWh/m3. Its stability was evaluated over 50 cycles with negligible capacity loss. Along with its use in a CDI system, the aim of this thesis was to understand the mechanisms of operation of this material, by means of its physical and electrochemical characterization, as well as its efficiency and stability through the use of this material in capacitive deionization cells.