Extraccin de tintes naturales para celdas solares sensibles

UNIVERSIDAD JUREZ AUTNOMA DE TABASCO DIVISIN ACADMICA DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

Implementacin de tcnicas electroqumicas para medir la concentracin micelar critica en sistemas tensioactivos

PROTOCOLO DE INVESTIGACIN

ALUMNO:

MANUEL OCTAVIO FUENTEZ TORRESANGEL ANTONIO CORTAZAR DE LOS SANTOS

INGENIERO QUMICO

ASESOR:

Dr. Juan Gabriel lvarez Ramrez

CUNDUACN, TABASCO MARZO 2015Extraccin de tintes naturales para celdas solares sensibles

7

INDICE Pg.I. Introduccin------------------------------------------------------------------------------- 2

II. Objetivo General y Especifico------------------------------------------------------- 4

III. Planteamiento del problema--------------------------------------------------------- 5

IV. Justificacin------------------------------------------------------------------------------- 6

V. Antecedentes----------------------------------------------------------------------------- 6

VI. Metodologa------------------------------------------------------------------------------- 7

VII. Cronograma de Actividades-------------------------------------------------------- 11

VIII. Referencias Bibliogrficas---------------------------------------------------------- 12

IntroduccinEl campo de aplicacin de los surfactantes o tensoactivos es probablemente el ms interdisciplinario de la ciencia y de la tecnologa moderna, y un concepto de gran valor en la ingeniera qumica.

Los surfactantes surgen debido al alza de precios de crudo como consecuencia de la crisis del 70. Las industrias petroleras tuvieron que hacer innumerables investigaciones con el fin de encontrar un mtodo para recuperar el aceite que quedaba abandonado despus de la produccin primaria y la recuperacin secundaria. De este modo se encontr que los surfactantes eran una buena salida dado que son sustancias que ejercen influencia en la superficie de contacto entre dos fases, afectando la tensin superficial entre stas. Este efecto lograba aumentar la produccin de crudo.

Sus propiedades provienen de su estructura molecular, ya que se componen de dos partes diametralmente opuestas; una cabeza polar y una cola apolar, lo cual los hace orientarse de formas especficas dependiendo del medio en que se encuentren, Entre sus propiedades se encuentra la de ser capaces de emulsionar dos fases que en ausencia de surfactante son completamente inmiscibles.

Los surfactantes son utilizados en diversas reas, pasando desde el uso domstico (detergentes, jabones), hasta las grandes industrias como la farmacutica, cosmtica, minera, petrolera, entre otras. Incluso pueden utilizarse para tratar problemas ambientales, como por ejemplo un derrame de petrleo.

Los tensoactivos son sustancias de alto costo econmico, y de propiedades muy especficas. Es por este motivo que se hace necesario saber cmo obtener estas en laboratorio, ya que el aplicar un producto fuera de especificacin en la industria podra tener consecuencias econmicas importantes.

Objetivo General

Caracterizacin de fases del sistema CTAB/AGUA mediante la tcnica de espectroscopia de impedancia electroqumica (EIS) y valencia de electrosorcion.

Objetivos especficos

Caracterizar el diagrama de fases del sistema CTAB mediante espectroscopia de impedancia electroqumica a travs de una variacin de grficos de Bode (Z Y Z vs ). Interpretar fsicamente los parmetros definidos como Z0 y las constantes de tiempo c Identificar las concentraciones micelares crticas de las molculas de tensioactivos en solucin.

Planteamiento del problema

Como se sabe las fuentes primarias de energa que dominan en el mundo son los hidrocarburos y en la actualidad corresponden al 80% de toda la energa primaria producida y consumida. En Mxico, la dependencia es mayor, en el ao 2007, el 92% de la produccin de energa primaria correspondi a combustibles fsiles, (71.4% petrleo, 19.2% gas y 1.9% carbn) [1].

Adicionalmente, es comn decir que la produccin de gases de efecto invernadero, principalmente el bixido de carbono (CO2) es debido al uso indiscriminado de los combustibles, los cuales son los precursores del incremento considerable de la contaminacin en el planeta, el deterioro de la capa de ozono, el incremento de la temperatura y como consecuencia el calentamiento global.

Por todo lo anterior, es urgente una utilizacin ms racional de la energa y la sustitucin de los combustibles fsiles por otros tipos de energa.

Justificacin

Los tensioactivos sustancias anfifilicas que provocan un decremento en la tensin superficial de la fase en que estn disueltas, o en la tensin interfacial entre dos fases lquidas inmiscibles entre s, debido a que su tipo de estructura le permite adsorberse en las interfaces y auto asociarse en la fase en que se encuentran disueltos. Adicionalmente tienen la capacidad de asociarse en solventes polares y no polares para formar una gran variedad de microestructuras en funcin de la concentracin o la temperatura (Holmberg et al 2003). La parte hidrofbica de la molcula, puede ser de diferente longitud, puede contener porciones insaturadas o entidades aromticas, o puede ser parcial o completamente halogenada, cmo en compuestos flurocarbonados. L a parte hidrofilica de la molcula, puede contener grupos funcionales cmo COOH, -OH, NH2, -NH3, etc., que le confieren la suficiente afinidad con el agua, lo cual permite interaccionar con medios polares y de esta manera formar disoluciones acuosas (Tadros, 1984).

El grado de adsorcin de una sustancia anfifilica en un interface depende de la estructura de esta y de la estructura de las dos fases que intervienen en la disolucin (adamson, 1976). En solucin acuosa, el grupo hidrofilico de una sustancia anfifilica ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molcula a disolucin completa. Por otro lado, el grupo hidrofbico, debido a su insolubilidad, tiende a contrarrestar la tendencia del otro. S se incrementa la concentracin de anfifilico en la fase acuosa, aumentar a su vez la concentracin de anfifilico en la interfase, mantenindose entre ambas fases un equilibrio dinmico.

Si se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos la sustancia no se disuelve por completo, ni queda sin disolver del todo, concentrndose en la interface con sus molculas orientadas de tal forma que los grupos hidrofilicos se orientan hacia la fase acuosa, mientras que los grupos hidrofbicos hacia la fase no acuosa a la fase gaseosa. Tomando como base la definicin de Laughlin (Laughlin, 1979).

Por otra parte si la concentracin de tensioactivos aumenta, en la fase continua se produce rpidamente la saturacin del rea interfacial, como consecuencia el nmero de molculas disueltas tiende a aumentar y partir de cierta concentracin, llamada concentracin micelar crtica (CMC), el tensioactivo produce estructuras de asociacin llamadas micelas, en las cuales las cadenas apolares se direccionan hacia el centro del agregado y las cabezas polares hacia la disolucin (Holmberg y col., 2003).

Antecedentes TericosLos tensioactivosSon sustancias anfifilicas que provocan un decremento en la tensin superficial de la fase en que estn disueltas, o en la tensin interfacial entre dos fases lquidas inmiscibles entre s, debido a que su tipo de estructura le permite adsorberse en las interfaces y auto asociarse en la fase en que se encuentran disueltos. Adicionalmente tienen la capacidad de asociarse en solventes polares y no polares para formar una gran variedad de microestructuras en funcin de la concentracin o la temperatura (Holmberg et al 2003). Cuando la concentracin de tensioactivo aumenta en la fase continua, se produce rpidamente la saturacin del rea interfacial, como consecuencia el nmero de molculas disueltas tiende a aumentar y partir de cierta concentracin, llamada concentracin micelar crtica (CMC), el tensioactivo produce estructuras de asociacin llamadas micelas, en las cuales las cadenas apolares se direccionan hacia el centro del agregado y las cabezas polares hacia la disolucin (Holmberg y col, 2003).

Metodologa Recristalizacin del CTABLos tensioactivos son purificados por recristalizacin mediante disolucin cloroformo y precipitacin con ter etlico mezcla (50:50 en volumen).

Preparacin de solucin (CTAB/Agua)Se preparan soluciones del sistema CTAB/Agua, las muestras se preparan pesando las cantidades apropiadas de tensioactivos y agua en viales de vidrio. Estos viales se colocaron en un bao de agua a 60C durante una semana con agitacin constante, para despus colocar los viales en un bao de agua a 30C, para asegurar la estabilidad del sistema.

Mediciones de EISLas mediciones de EIS se llevarn en un analizador de frecuencia modelo 1260 acoplado a un potenciostato 1287. Se utiliza una celda de dos electrodos de platino en paralelo, teniendo una salida circular con 5 pines. El acoplamiento de la celda al potenciostato se efectu conectando los cables electrodo (CE) y la referencia 1 al pin nmero 4, y los cables del electrodo de trabajo (WE) y la referencia 2 al pin nmero 5, contando de derecha a izquierda.

La limpieza electroqumica de la celda se lleva a cabo mediante un barrido de potencial de 1.0 a -0.4 V vs SCE (Saturated Calomel Electrode) en una solucin de cido sulfrico 0.5M durante 20 ciclos. Se utiliz el modo potenciosttico a potencial de circuito Hz a 1x10-3 Hz. Se asign al potenciostato la relacin V1/V2 para las mediciones de impedancia, considerando a V1 (H1) el voltaje aplicado y V2 (H2) la corriente aplicada.

Cronograma de actividades

ActividadesMeses

Nmero de Actividades123456

Investigacin bibliogrfica relacionada al tensioactivo CTAB

Investigacin bibliogrfica relacionada con la tcnica de espectroscopia de impedancia y con la tcnica valencia de electrsorcin

Recristalizacin de CTAB

Preparacin de muestra a diferentes concentraciones

Mediciones de espectroscopia de impedancia a diferentes concentraciones de CTAB y a diferentes temperaturas

Mediciones de valencia de electrosrocin a diferentes concentraciones de CTAB y a diferentes temperaturas

Interpretacin de datos obtenidos de la medicin de impedancia y valencia de electrosrocin

Redaccin de tesis