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Rare and precious metal recovery at a low concentration via chemisorption and electrosorption coupling process

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dc.contributor 0000-0003-3541-314X es_MX
dc.contributor.advisor Arauz Lara, Bernardo José Luis
dc.contributor.author Zhan, Weiquan
dc.creator 0000-0002-3116-2737 es_MX
dc.date.accessioned 2025-07-10T16:00:22Z
dc.date.available 2028-07-09
dc.date.available 2025-07-10T16:00:22Z
dc.date.issued 2025-07-09
dc.identifier.uri https://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/9476
dc.description.abstract La recuperación de elementos de tierras raras (REEs) y metales preciosos en bajas concentraciones a partir de soluciones se ha vuelto cada vez más vital en los campos de la hidrometalurgia, el tratamiento de aguas y la energía, debido a su genotoxicidad y sus propiedades fisicoquímicas únicas. Aunque se han desarrollado diversas tecnologías, muchas siguen siendo difíciles de aplicar a nivel industrial. En este trabajo, se propone un enfoque alternativo que regula las actividades de quimiosorción y electrosorción mediante el uso de electrodos basados en disulfuro de molibdeno (MoS2) y materiales carbonosos, con el fin de lograr una recuperación eficiente de REEs y metales preciosos en bajas concentraciones. En primer lugar, se logró la recuperación de REEs a partir de soluciones acuosas diluidas utilizando electrodos de MoS2 dopados con oxígeno. El proceso acoplado de quimiosorción y electrosorción (CEC) permitió una recuperación de REEs cercana al 100% a una concentración inicial específica. La eficiencia de desorción también alcanzó aproximadamente el 100% en 120 minutos, y los electrodos mostraron una excelente estabilidad. Este rendimiento sobresaliente se atribuye a la fuerte interacción de los REEs con átomos de azufre y oxígeno en la superficie del MoS2, a su alta capacidad de doble capa eléctrica (EDLC) y a su baja resistencia a la transferencia de carga. Con base en esto, se diseñaron electrodos de MoS2 ricos en defectos, que contienen átomos de Mo o S insaturados, para la separación selectiva y recuperación de gadolinio (Gd(III)), aprovechando su configuración electrónica extranuclear única. Estos electrodos lograron una recuperación de Gd(III) de aproximadamente el 100%, con una capacidad de adsorción de 299.32 mg/(g·dm²), así como una alta selectividad frente a La(III) y Y(III). Para avanzar en la aplicación del método CEC, se emplearon materiales carbonosos funcionalizados con grupos oxigenados como recubrimientos de electrodos para la recuperación de REEs y oro (Au). Bajo condiciones optimizadas, la recuperación de REEs volvió a alcanzar cerca del 100%. Este rendimiento mejorado se atribuye a la combinación de una fuerte EDLC, interacciones electrostáticas generadas por el voltaje aplicado y quimiosorción a través de grupos oxigenados. La eficiencia de recuperación estuvo fuertemente influenciada por la estructura porosa y la funcionalización superficial. Es notable que la recuperación de Au(I) a partir de soluciones de tiosulfato superó el 90%, y el oro se recuperó en forma metálica, lo que simplifica los procedimientos tradicionales. Finalmente, con el objetivo de desarrollar una aplicación rentable, se utilizaron electrodos de biocarbón derivados de cáscaras de nuez económicas para la recuperación de Au(I) a partir de soluciones de tiosulfato. Mediante procesos tradicionales de carbonización y activación, se sintetizó carbón poroso de cáscara de nuez (WSC). En comparación con las muestras no activadas, el WSC mostró una recuperación superior de Au(I) (~100%) debido a su estructura porosa jerárquica, que facilitó una adsorción eficiente de iones y el almacenamiento de carga. Nuevamente, el oro metálico fue el principal producto recuperado. Los datos experimentales, respaldados por cálculos teóricos, demostraron el papel crítico de la arquitectura porosa durante el proceso de reducción y recuperación. La adsorción de Au(I) estuvo gobernada por pasos de contacto y difusión, dependientes de las interacciones con moléculas de agua y la migración iónica. Los mesoporos no solo facilitaron la captura de Au(I), sino que también aumentaron la EDLC y promovieron la reacción de reducción. Se encontró que los sitios en los bordes de los poros eran más favorables para la adsorción de agregados de oro que los sitios centrales. Las regiones espaciales con menor impedimento estérico y diámetros de poro cercanos a 7 nm proporcionaron condiciones óptimas para el almacenamiento y la reducción de Au(I). Finalmente, el método CEC desarrollado logró una recuperación del 100% de Au(I) a partir de lixiviados de tiosulfato provenientes de residuos electrónicos y minerales auríferos, incluso en presencia de iones interferentes. Este estudio destaca un enfoque novedoso para mejorar la recuperación de REEs y Au(I) en bajas concentraciones a partir de soluciones de lixiviación, mediante la regulación de los comportamientos de quimiosorción y electrosorción. Los hallazgos ofrecen ideas valiosas que pueden inspirar futuras estrategias para la recuperación de iones metálicos mediante técnicas basadas en CEC. es_MX
dc.description.sponsorship PATROCINADO POR CONACyT Beca número 813934 es_MX
dc.description.statementofresponsibility Administradores es_MX
dc.description.statementofresponsibility Grupos de la comunidad es_MX
dc.description.statementofresponsibility Consejeros es_MX
dc.description.statementofresponsibility Receptores y solicitantes de fondos federales es_MX
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dc.description.statementofresponsibility Autoridades que crean políticas es_MX
dc.description.statementofresponsibility Investigadores es_MX
dc.description.statementofresponsibility Personal de apoyo escolar es_MX
dc.description.statementofresponsibility Proveedores de ayuda financiera para estudiantes es_MX
dc.description.statementofresponsibility Estudiantes es_MX
dc.description.statementofresponsibility Educadores es_MX
dc.language Inglés es_MX
dc.publisher Facultad de Ciencias
dc.relation.ispartof REPOSITORIO NACIONAL CONACYT es_MX
dc.relation.requires Regulating Chemisorption and Electrosorption Activity for Efficient Uptake of Rare Earth Elements in Low Concentration on Oxygen-Doped Molybdenum Disulfide, 2024, Artículo de revista, ACS Nano. Electrochemical Reduction and Recovery of Trace Gold(I) from Environmentally Friendly Thiosulfate Leaching Solutions Using Carbon Electrodes, 2025, Artículo de revista, Carbon. Enhanced Trace Gadolinium(III) Extraction via Tailored Chemisorption on Defect-Engineered Molybdenum Disulfide Electrodes, 2025, Artículo de revista, Chemical Engineering Journal. Electro Reduction-Recovery of Au(S₂O₃)₂³⁻ within a Low Concentration Range via Multi-Porous Activated Carbon Electrodes, 2025, Artículo de revista, Separation and Purification Technology. Novel Recovery of a Low-Concentration Gold Thiosulfate Complex through Electroreduction via a Walnut Shell Charcoal Electrode, 2024, Artículo de revista, Green and Smart Mining Engineering. Preparation and Application of 0D, 2D and 3D Molybdenite: A Review, 2022, Artículo de revi es_MX
dc.rights Acceso Embargado es_MX
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 es_MX
dc.subject Elementos de tierras raras; Au(I); Baja concentración; Acoplamiento de quimiosorción y electrosorción; MoS₂; Materiales carbonosos porosos es_MX
dc.subject.other INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA es_MX
dc.title Rare and precious metal recovery at a low concentration via chemisorption and electrosorption coupling process es_MX
dc.type Tesis de doctorado es_MX
dc.degree.name DOCTORADO POSGRADO EN CIENCIAS INTERDISCIPLINARIAS es_MX
dc.degree.department Facultad de Ciencias es_MX


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