Obtención de whiskers de nitruro de silicio y oxinitruro de silicio a partir de cáscara de arroz y ceniza de cáscara de arroz
La cáscara de arroz constituye el principal subproducto asociado a la industrialización del arroz, un alimento cuya demanda global crece día a día. En la actualidad no se cuenta, ni en el país ni a nivel mundial, con un destino final sostenible para disponer de las grandes cantidades de cáscara de a...
I tiakina i:
| Kaituhi matua: | |
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| Hōputu: | masterThesis |
| Reo: | Pāniora |
| I whakaputaina: |
2022
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| Ngā marau: | |
| Urunga tuihono: | https://hdl.handle.net/20.500.12008/33803 |
| Ngā Tūtohu: |
Kāore He Tūtohu, Me noho koe te mea tuatahi ki te tūtohu i tēnei pūkete!
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| Whakarāpopototanga: | La cáscara de arroz constituye el principal subproducto asociado a la industrialización del arroz, un alimento cuya demanda global crece día a día. En la actualidad no se cuenta, ni en el país ni a nivel mundial, con un destino final sostenible para disponer de las grandes cantidades de cáscara de arroz generadas, lo cual representa un serio pasivo ambiental. La generación de energía a partir de esta biomasa sufre de un pasivo similar, ya que tampoco se dispone de un destino final adecuado para la ceniza resultante de la combustión. Por ende, el empleo de cáscara de arroz y ceniza de cáscara de arroz como materiales de partida para la obtención de productos de mayor valor permite alcanzar un doble propósito ambiental y económico. En particular, la presencia de sílice y carbono en íntimo contacto, tanto en la cáscara de arroz como en la ceniza de cáscara de arroz, convierte a estos materiales en precursores atractivos para procesos que impliquen una reducción carbotérmica. En este trabajo se analizó la factibilidad de varios diseños experimentales para producir, mediante reducción carbotérmica y nitruración, whiskers de nitruro u oxinitruro de silicio utilizando como precursores cáscara de arroz nacional y ceniza de cáscara de arroz proveniente de un emprendimiento nacional de cogeneración. La fuente de carbono necesaria para reaccionar con la sílice presente en los materiales de partida fue provista por la materia orgánica presente en los mismos, sin agregado de otros reactivos carbonáceos. Se consideró el uso de cáscara de arroz y ceniza de cáscara de arroz tal cual son obtenidas con el fin de desarrollar un proceso sencillo y fácilmente adaptable a las necesidades industriales. Se ensayó también un pretratamiento de la ceniza de cáscara de arroz con el objetivo conjunto de obtener un material de partida más propicio para la reducción carbotérmica y nitruración, y, a la vez, sílice precipitada como subproducto de interés. Dicho proceso consistió en un método sencillo de digestión alcalina de la ceniza seguida de filtrado y precipitación ácida de la sílice solubilizada. Las condiciones requeridas para remover la cantidad de sílice deseada de la ceniza de cáscara de arroz fueron determinadas experimentalmente. Para el proceso de reducción carbotérmica y nitruración, el material de partida pertinente fue introducido en crisoles con tapa y sometido a tratamiento térmico bajo atmósfera de nitrógeno, analizándose diferentes temperaturas de meseta y varias configuraciones que permitieron evaluar la importancia de la presencia de superficies de grafito en el proceso. Se logró obtener whiskers de nitruro de silicio y oxinitruro de silicio bajo diferentes condiciones. Mientras que los whiskers de nitruro de silicio presentaron secciones de entre aproximadamente 100 nm hasta 1 μm, los whiskers de oxinitruro de silicio contaron con secciones de entre aproximadamente 100 nm hasta 500 nm. El largo de ambas clases de whiskers se encontró en el rango de los milímetros. En la mayoría de los casos, los whiskers obtenidos pudieron ser sencillamente recuperados. La temperatura de meseta del tratamiento térmico presentó un efecto relevante sobre el proceso, obteniéndose los mejores resultados para la temperatura más elevada ensayada, 1400°C. La presencia de superficies de grafito en el medio de reacción resultó significativa. El pretratamiento impuesto sobre la ceniza de cáscara de arroz permitió ajustar la relación carbono a sílice al valor deseado, generando una mejora significativa en los resultados de reducción carbotérmica y nitruración, y posibilitando la obtención simultánea de sílice precipitada. |
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