López Antón, María Antonia, Martínez Tarazona, María Rosa, López Antón, María Antonia [0000-0001-9330-5775], Martínez Tarazona, María Rosa [0000-0002-7331-3134], Antuña-Nieto, Cristina, López Antón, María Antonia, Martínez Tarazona, María Rosa, López Antón, María Antonia [0000-0001-9330-5775], Martínez Tarazona, María Rosa [0000-0002-7331-3134], and Antuña-Nieto, Cristina
[EN] This work constitutes a contribution to the knowledge and future development of processes for the reduction of mercury species in the environment, species of known toxicity to human health. Its objectives are circumscribed to those of the Minamata Convention, in force since August 2017, and the first international agreement that obliges all countries that have ratified it to impose measures to control mercury emissions. The work approach also contemplates the fact that mercury not only represents a health risk, but that, in some industrial processes, it is also a technological problem. In CO2 capture and storage processes, and in particular in the condensation process, elemental mercury (Hg0) impurities can damage equipment through corrosion. Furthermore, the presence of Hg0 affects the storage of the condensed CO2, reducing its injectability in the tanks where it is confined. The objective of this research is the elimination of Hg0 in industrial gas streams enriched in CO2 using regenerable sorbents. Up to now, the greatest development in the use of sorbents to capture mercury has been achieved in coal-fired power plants and mainly by injection of single-use activated carbons into the gaseous stream, and subsequent separation of them as waste-containing mercury. In the present work, the use of regenerable sorbents is proposed as an alternative, avoiding the generation of this type of waste. The mercury sorbents used are carbon foams developed from coal and their behavior has been compared to that of a commercial activated carbon considered as a reference. Carbon foams have very interesting thermal, mechanical and electrical properties for different applications, and although they had not been used as mercury sorbents, this work opens the way for their use in this type of application with very promising results. Its properties include open macroporosity, which favours gas circulation through it, making it ideal for use in beds, and modifiable surface characteri, 1. Regenerable noble metal-based sorbents: Their preparation is based on impregnation with a colloidal solution of HAuCl4 in the case of Au and with a solution of AgNO3 for Ag, followed by its reduction to Au0 and Ag0, respectively. The main limitation of noble metal-based sorbents is their price, which makes them often questioned, and forces the balance of benefits obtained from their use to offset the required investments. In this thesis, some approximations have been made, optimizing the dispersion of the metal while maintaining 100% efficiency, and assuming that by combustion, once the sorbent has been exhausted, the noble metal, which represents more than 90% of the total cost, can be recovered. viii 2. Regenerable iron oxide-based sorbents: In the search for alternatives with the same efficiencies and lower cost, sorbents based on iron oxides dispersed on the surface of the same carbon supports as in the case of noble metals have been developed. For this, sorbents impregnated with different iron species (hematite, goethite, magnetite and maghemite), at different concentrations, have been elaborated and evaluated, developing preparation methods that allow obtaining the desired species selectively. The methods are based on impregnation with iron nitrate and subsequent heat treatments. The mercury retention efficiency evaluation has been carried out in a laboratory scale device. It consists of a fixed bed that can be heated to different temperatures, through which synthetic atmospheres are passed, incorporating the gaseous Hg0 generated in a permeation tube. Mercury not retained in the sorbent is recorded in a continuous analyzer, and that which may have been oxidized homogeneously or heterogeneously is retained at the exit of the bed in a resin for later analysis. The results show that sorbents doped with Au reach efficiencies of 100% for a concentration of at least 1% of metal, this efficiency being limited by the particle size, which increases considerably for, [ES] Este trabajo constituye una contribución al conocimiento y futuro desarrollo de procesos para la reducción de las especies de mercurio en el medio ambiente, especies de conocida toxicidad para la salud humana. Sus objetivos se circunscriben a los del Convenio de Minamata, en vigor desde agosto de 2017, y primer acuerdo internacional que obliga a todos los países que lo ratificaron a imponer medidas de control de las emisiones de mercurio. El planteamiento del trabajo contempla, además, el hecho de que el mercurio no solo representa un riesgo para la salud, sino que, en algunos procesos industriales, es también un problema tecnológico. En los procesos de captura y almacenamiento de CO2, y en particular en el proceso de condensación, las impurezas de mercurio elemental (Hg0) pueden dañar los equipos por corrosión. Además, la presencia de Hg0 afecta al almacenamiento del CO2 condensado disminuyendo su inyectabilidad en los depósitos en los que se confina. El objetivo de esta investigación es la eliminación de Hg0 en corrientes gaseosas industriales enriquecidas en CO2 mediante sorbentes regenerables. Hasta el momento, el mayor desarrollo en el empleo de sorbentes para la captura de mercurio se ha logrado en las centrales térmicas de carbón y fundamentalmente por inyección en la corriente gaseosa de carbones activos de un solo uso, y posterior separación de los mismos como residuo conteniendo mercurio. En el presente trabajo se plantea como alternativa el uso de sorbentes regenerables evitándose la generación de este tipo de residuos. Los sorbentes de mercurio se han preparado a partir de materiales de carbono habiéndose desarrollado espumas de carbono a partir de carbón y utilizándose un carbón activo comercial como referencia, comparándose el comportamiento de ambos. Las espumas de carbono presentan propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas muy interesantes para diferentes aplicaciones, y, aunque no habían sido utilizadas como sorbentes de mercurio, en este tr, 1. Sorbentes regenerables basados en metales nobles: Su preparación se basa en la impregnación con una disolución coloidal de HAuCl4 en el caso del Au y con una disolución de AgNO3 para la Ag y su reducción a Au0 y Ag0, respectivamente. La principal limitación de los sorbentes basados en metales nobles es su precio, que hace que a menudo sean cuestionados, y que obliga a que el balance de beneficios obtenidos en su utilización deba compensar las inversiones requeridas. En esta tesis se han realizado algunas aproximaciones, optimizando la dispersión del metal manteniendo el 100% eficiencia, y presumiendo que, mediante combustión, una vez el sorbente se ha agotado, pueda recuperarse el metal noble que representa más del 90% del coste total. vi 2. Sorbentes regenerables basados en óxidos de hierro: En la búsqueda de alternativas con las mismas eficiencias y menor coste, se han desarrollado sorbentes basados en óxidos de hierro dispersados en la superficie de los mismos soportes de carbono que en el caso de los metales nobles. Para ello se han preparado y evaluado sorbentes impregnados con distintas especies de hierro (hematita, goethita, magnetita y maghemita), en distintas concentraciones, poniéndose a punto métodos de preparación que permiten obtener la especie deseada de manera selectiva. Los métodos se basan en la impregnación con nitrato de hierro y posteriores tratamientos térmicos. La evaluación de la eficiencia de retención de mercurio se ha llevado a cabo en un dispositivo a escala de laboratorio. Consiste en un lecho fijo que puede ser calentado a diferentes temperaturas, a través del cual se hacen pasar atmósferas sintéticas, a las que se incorpora Hg0 gaseoso generado en un tubo de permeación. El mercurio no retenido en el sorbente se registra en un analizador en continuo, y el que haya podido oxidarse homogénea o heterogéneamente se retiene a la salida del lecho en una resina para su posterior análisis. Los resultados muestran que los sorbentes dopados con