Estudio de desalinización de agua mediante desionización capacitiva, usando electrodos de grafeno, a nivel laboratorio.

La presente investigación tuvo como objetivo el estudio de la desionización capacitiva para desalinizar agua usando electrodos porosos de grafeno, se utilizó el grafeno debido a que es un material aprovechable, que presenta excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas, siendo ideal para la creación de electrodos porosos. En este estudio se utilizó el proceso de exfoliación electroquímica de grafito, el cual es un proceso que se puede realizar a condiciones de laboratorio y no se utilizan sustancias químicas agresivas con el ambiente. Con la exfoliación electroquímica se obtiene grafito expandido, el material es dispersado en solución de KOH y sometido a liofilización. Los electrodos fabricados pasaron por distintas caracterizaciones (voltametría cíclica, carga y descarga galvanostática y electroadsorbancia), para que permitan la desalinización del agua mediante la técnica de desionización capacitiva. La deionización capacitiva es un proceso electroquímicamente controlado, que remueve iones de sal en una corriente de agua que fluye entre un par de electrodos porosos mediante la aplicación de una corriente eléctrica entre ellos. Existen dos factores importantes que intervienen en la cantidad de la carga de un electrodo: la formación de la doble capa eléctrica y, los fenómenos que se puedan presentar provocados por la química superficial de los electrodos. Se realizaron pruebas de electroadsorbancia para determinar la factibilidad de la técnica, en la cual se utilizó una masa 100 mg de grafeno poroso en cada electrodo y se aplicó un voltaje de 1.8 V y -1.8 V en 3 ciclos, teniendo una duración de 1.5 horas por prueba. Como resultado de la electroadsorbancia se obtuvo un promedio de 1.235 mg/g de remoción de iones sal lo que permite evidenciar que el método es factible para el uso de remoción de iones de sal en aguas salobres.

The present research aimed to study capacitive deionization to desalinate water using graphene porous electrodes, graphene was used because it is a usable material, which has excellent mechanical, electrical and optical properties, being ideal for the creation of porous electrodes. In this study, the electrochemical graphite exfoliation process was used, which is a process that can be carried out under laboratory conditions and does not use aggressive chemical substances with the environment. With electrochemical exfoliation, expanded graphite is obtained, the material is dispersed in KOH solution and subjected to lyophilization. The created electrodes underwent different characterizations (cyclic voltammetry, galvanostatic charge and discharge, and electroadsorbance) to allow the desalination of water by means of the capacitive deionization technique. Capacitive deionization is an electrochemically controlled process that removes salt ions in a stream of water that flows between a pair of porous electrodes by applying an electrical current between them. There are two important factors that intervene in the amount of charge of an electrode, the first is the formation of the double electrical layer and the second, the phenomena that may occur caused by the surface chemistry of the electrodes. Electroadsorbance tests were carried out to determine the feasibility of the technique, in which a 100 mg mass of porous graphene was used in each electrode and a voltage of 1.8 V and -1.8 V was applied in 3 cycles, having a duration of 1.5 hours. As a result of the electroadsorbance, an average of 1,235 mg / g of salt ion removal was obtained, which allows us to show that the method is feasible for the use of salt ion removal in brackish waters.

Carrasco, Leonardo Basile, director