libro de memorias ix siccat
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Sociedad Colombiana de Catálisis
IX Simposio Colombiano
de Catálisis
Universidad del Valle, Santiago de Cali
Septiembre de 2015
1
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TABLA DE CONTENIDO
COMITÉ ORGANIZADOR ................................................................................................. 3
PATROCINADORES ......................................................................................................... 4
AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ 5
CONFERENCISTAS .......................................................................................................... 6
RESÚMENES DE TRABAJOS........................................................................................... 9
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COMITÉ ORGANIZADOR
Julian Diel Urresta Aragón, Dr. Sc., Director Programa de Posgrado en Ciencias-
Química.
William H. Lizcano Valbuena, Dr. Sc., Jefe Departamento de Química.
María Helena Pinzón Cardenas, Ph.D., Vicedecana Facultad de Ingeniería.
Dorian Polo Ceron, Ph.D., Profesor Departamento de Química.
Alberto Bolaños Rivera, Ph.D., Profesor Departamento de Química.
Miguel Alberto Osejo Knudson, Químico.
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PATROCINADORES
5
AGRADECIMIENTOS
El comité organizador desea agrader a quienes colaboraron para que la II Escuela
Internacional de Catálisis y IX Simposio Colombiano de Catálisis pudieran realizarse, en
espeacial a los estudiantes:
Lina María Piedrahita, Felipe Cardona, Natali Lorena Mena Guerrero, Cindy
Bolaños, Oscar Fernando Gonzalez Vera, Cristina Delgado, Cristian Miranda,
Angélica María Mayor, Jorge Londoño, Andrey Joaqui, Juan David Londoño,
Julianna Mazuera, Jusly Vásquez, Leidy Marín, Viviana Ortega, María Mercedes
Hincapié y Alejandra Trochez, por el apoyo logístico.
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CONFERENCISTAS
Dr. Gustavo Pablo Romanelli, Universidad de La Plata.
Conferencia: “Química Verde: síntesis orgánica de bajo impacto ambiental mediante el
uso de catalizadores sólidos reciclables”
Dr. Fransisco Melo Faus, Universidad Politécnica de Valencia.
Conferencia: “Reformado con vapor de Hidrocarburos”
7
Dr. Henrique Toma, Universidad de Sao Paulo.
Conferencia: “Nanobiocatalysis by enzime immobilized of superparamagnetic
nanoparticles”
Dr. Cesar Godoy Vargas, Universidad del Valle.
Conferencia: “La catálisis originada e inspirada en la vida”
8
Dra. Hebe de las Mercedes Villullas, Universidad Estatal Paulista.
Conferencia: “Electrocatálisis para producir energía limpia: bases para diseñar
catalizadores multifuncionales”
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RESÚMENES DE TRABAJOS
En orden alfabético
1. Actividad fotocatalítica de películas delgadas de sulfuro de indio y sulfuro de indio en
polvo obtenidas por el método chemical bath deposition.
2. Aminopirazoles como ligandos en reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck.
3. Análisis infrarrojo de la adsorción de metanol sobre óxidos mixtos derivados de
hidrotalcitas de Zn/Al para reacciones de transesterificación.
4. Aplicación de minerales arcillosos de la región amazónica como catalizadores en la
obtención de gas de síntesis.
5. Aproximación al mecanismo de oxidación alílica de limoneno a carvona con el sistema
catalítico FePcCl16-SBA-15/TBHP.
6. Biocatalizadores basados en lipasas co-inmovilizadas para la producción de esteres
etílicos de ácidos grasos (Biodiesel).
7. Catalizadores de Cobalto soportado en Materiales Composites: Obtención y su
aplicación en Química Fina.
8. Catalizadores heterogéneos para la producción de bio-aceite a partir de bagazo de
caña vía licuefacción hidrotérmica – Estudio preliminar.
9. Cinética de la oxidación de limoneno con FePcCl16-NH2-SiO2.
10. Co3O4 sobre Carbón Activado como catalizador en la reacción de oxidación de
alcoholes.
11. Coagulación química acoplada a procesos Fenton para el tratamiento de agua residual
textil: Optimización de las condiciones de operación.
12. Complejos de Cu (II) soportados en ligandos derivados de 3,5-dimetilpirazol y su
estudio como catalizadores en aminación oxidativa de ciclohexeno.
13. Complejos de Pd (II) con ligandos tipo aminochalconas y su evaluación en la reacción
de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck.
14. Complejos diméricos tipo Ni[N(ArS2)]: modelo bio-mimético de hidrogenasa.
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15. Constante de equilibrio de la producción de acetato de nopilo.
16. Degradación de fenol bajo irradiación UV-Vis y visible proveniente de luz solar y
artificial usando fotocatalizadores Pt-TiO2.
17. Degradación de bifenilos policlorados (PCB´s) utilizando hidrodeclorinación catalítica
con carburos metálicos.
18. Degradación de soluciones de diclofenaco comercial mediante fotocatálisis
heterogénea asistida con sensibilización de rojo de metilo.
19. Desarrollo de mesoporos en zeolitas USY por medio de tratamiento amoniacal.
20. Desvulcanización del caucho de neumáticos descartados, aplicando solvente xylol
asistido con microondas.
21. Determinación de la cinética de reacción en la mineralización fotocatalítica solar de
compuestos orgánicos en reactores de película descendente.
22. Determinación del modelo cinético para la degradación de Azul de Metileno con
Dióxido de Titanio Hombitan afdc e171.
23. Efecto de la modificación con Al y Al-Zr sobre la acidez de minerales arcillosos
colombianos: estudio comparativo entre bentonita y vermiculita.
24. Efecto de la modificación superficial de TiO2 comercial por adiciòn de F sobre su
actividad fotocatalítica en la degradación de colorantes.
25. Efecto de la pilarización y la delaminación sobre las propiedades estructurales y
texturales de una esmectita colombiana.
26. Efecto de las fases oxídicas (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O y NiMoO4 soportadas sobre
alúmina en la hidrodesulfuración de tiofeno y lCO (light cycle oil).
27. Efecto de las propiedades texturales del TiO2 en la funcionalización con un complejo
dioxo-Molibdeno.
28. Efecto del contenido de Sn en la producción de nopol utilizando catalizadores
soportados tipo Sn-MCM-41.
29. Efecto del método de inmovilización de Celulasa en Fe3O4-SiO2-NH2 y Fe3O4-SiO2-NH2
activada, en la hidrólisis enzimática de celulosa microcristalina.
30. Efecto del Ru en la reducción de Co soportado en óxidos mixtos MgO-Al2O3, derivados
de hidrotalcitas utilizados en reacciones de Fischer-Tropsch.
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31. Efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de ni sobre la efectividad en
la cementación gaseosa del acero.
32. Eliminación fotocatalítica de Escherichia Coli en aguas del rio Jordán de la ciudad de
Tunja – Boyacá - Colombia.
33. Epoxidación de limoneno con catalizadores de Ti y Au soportados en KIT-6.
34. Esterificación de nopol con ácido acético sobre Amberlyst-15 empleando diferentes
solventes.
35. Estudio cinético de la reacción de transferencia de átomos de oxígeno fotoinducida
con un complejo de Mo anclado a TiO2.
36. Estudio comparativo de la acidez en la hidroconversión de n-heptano para dos
minerales arcillosos colombianos.
37. Estudio Computacional del Efecto de Compuestos Organo-Nitrogenados Durante el
Hidrocraqueo de Compuestos Poliaromáticos Sobre Zeolitas.
38. Estudio de la Actividad Fotocatalítica de Óxidos Tipo Perovskitas en la Degradación
del Colorante Cloruro de Metiltionina con Luz Solar.
39. Estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de TiO2 modificadas con
plata.
40. Estudio de la deposición de Paladio sobre Carbón Activado y su efecto en la reacción
de hidrogenación de alquino.
41. Estudio de la distribución del 1-naftol en vesículas grandes unilaminares de AOT-BHD
por voltametría de onda cuadrada.
42. Estudio de la Electrocinética de la Reacción de Oxidación de Hidrógeno en Paladio
utilizando Microscopía Electroquímica de Barrido (SECM).
43. Estudio de la zeolita beta modificada y magnetización en la hidrólisis de celulosa.
44. Estudio de un catalizador bifuncional para la obtención de γ–valerolactona a partir de
alcohol furfurilico.
45. Estudio del efecto fotocatalítico con TiO2 en el efluente de agua de la línea de
producción de un campo petrolero.
46. Estudios ab initio de la estructura y reactividad de centros metálicos soportados en
catalizadores heterogéneos.
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47. Evaluación de electrocatalizadores basados en paladio para la oxidación de bioetanol
en celdas de combustible.
48. Evaluación de la actividad catalítica y selectividad de un óxido tipo perovskita
(LaFeO3), en la reacción de oxidación del ciclohexeno.
49. Evaluación de la actividad de TiO2/Fe3O4 en la decoloración de soluciones de azul de
metileno mediante fotocatálisis.
50. Evaluación de la actividad fotocatalítica de estructuras unidimensionales del
multiferróico BiFeO3 en la degradación del colorante índigo carmín.
51. Evaluación de la actividad fotocatalítica de las perovskitas tipo PLZT y PBZT
sintetizadas por la ruta Pechini.
52. Evaluación de la remediación de aguas residuales con clorofenol a partir de un
tratamiento fotocatalítico - biológico.
53. Evaluación de la selectividad de un catalizador de oro soportado sobre alúmina en la
reacción de oxidación del ciclohexeno.
54. Evaluación de la temperatura en la películaTiO2/CuO/Ag y su efecto antimicrobiano
sobre Escherichia coli en luz visible.
55. Evaluación del efecto de la temperatura en la cinética de degradación fotocatalítica
heterogénea de azul de metileno.
56. Evaluación del efecto de la temperatura en la descomposición del 2-propanol
catalizada con LaFeO3.
57. Evaluación del funcionamiento de fibra textil modificada con TiO2/AC para la remoción
de fenol en medio acuoso.
58. Evaluación del método de fijación de TiO2 en polímero (PET) para aplicación en un
fotorreactor.
59. Evaluación del tipo de scattering en la descripción del campo radiante de reactores
fotocatalíticos heterogéneos usando simulación Monte Carlo.
60. Fotocatálisis para el tratamiento de agua residual microbiológica usando TiO2
sensibilizado con un colorante natural y luz visible.
61. Fotodegradación catalítica de ácidos carboxílicos de cadena corta sobre UV/TiO2:
correlaciones QSPR estructura-parámetros cinéticos.
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62. Hidrocraqueo de gasóleo de vacío con catalizadores basados en zeolita beta.
63. Hidrodeoxigenación de glicerol a propilenglicol usando catalizadores bimetálicos de
Cu-Pd/TiO2-Na con diferentes contenidos Cu y Pd.
64. Hidrogenación de m-dinitrobenceno con catalizadores de Rh soportados.
65. Hidrotalcitas de Mg/Al como catalizadores para la epoxidación de nopol.
66. Hidrotratamiento catalítico del furfuril alcohol sobre catalizadores de CuMgAl derivados
de precursores tipo hidrotalcitas.
67. Implementación de un fotoreactor para el tratamiento microbiológico del agua de
consumo en el colegio INSAI de la india (Santander).
68. Implementación de un proceso fotocatalítico en la vía de escape de un automóvil, para
la degradación de óxidos de nitrógeno (NOx).
69. Implementación de un sistema en aerosol de TiO2 para el tratamiento del biodeterioro
en papel.
70. Influencia del Ce en la hidrodesulfuración de tiofeno sobre heteropolioxomolibdatos de
níquel tipo Anderson.
71. Isomerización de epóxido de limoneno con catalizadores ácidos heterogéneos.
72. Mecanismos de deshidratación y deshidrogenación de glicerol sobre catalizadores
básicos: Una correlación experimental y computacional.
73. Mineral arcilloso del Doncello – Caquetá como potencial catalizador en el proceso de
oxidación fotofenton de un contaminante orgánico.
74. Obtención de 1,3-propanodiol a partir de glicerol usando catalizadores de Pt-
WOx/ZrO2 preparados por diferentes métodos.
75. Obtención de complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III) para su evaluación
como catalizadores en la oxidación de monoterpenos.
76. Obtención de Mo2C másico y soportado sobre una zeolita tipo-Y para el
hidrotratamiento de aceite de jatrofa.
77. Obtención de pirroles sustituidos con el uso de catalizadores bifuncionales.
78. Oxidación catalítica del acetato de etilo sobre óxidos mixtos de Mn, Co y Co-Mn.
Relación entre las especies de oxígeno y la actividad.
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79. Oxifuncionalización de trementina mediante catálisis heterogénea y escalado de la
reacción.
80. Polietileno admet con control en las ramificaciones mediante catalisis de grubbs de
primera generacion.
81. Polioxometalatos de Ni-Mo-W modificados por carburación para la hidrodesulfuración
de tiofeno.
82. Potencial catalítico de las zeolitas naturales presentes en la formación Combia,
Municipio de La pintada (Colombia).
83. Precursores laminares de Ni/Co/Mo y MCM-41 como catalizadores promisorios en
reacciones de oligomerización.
84. Preparación de sistemas híbridos M@NTC (Metal-Nanotubos de carbono) por
deposición química-catalítica en fase de vapor – CCVD
85. Preparación y caracterización de óxidos de LaMnO3 en forma de polvo y capa delgada
por el método de rocío pirolítico.
86. Preparación y Evaluación de Nanotubos de TiO2 sensibilizados con Fe3O4 en la
oxidación avanzada de soluciones acuosas de glicerol.
87. Preparación, caracterización y evaluación de la actividad catalítica de óxidos mixtos
tipo perovskitas La0.9 Sr0.1 BO3 (B=Fe, Co, Mn) en la combustión de metano.
88. Procesos Fenton y foto-Fenton para el tratamiento de aguas residuales coloreadas
empleando Fe2O3 soportado en nanotubos de carbono.
89. Producción catalítica de hidrógeno a partir de bioetanol obtenido por fermentación de
glucosa.
90. Producción de furfural y precursor de alcanos basado en la transformación catalítica
de biomasa.
91. Producción de H2 por reformado con vapor de etanol usando catalizadores de
RhPt/CeO2: Efecto de la relación Rh:Pt en el desempeño catalítico.
92. Producción en una sola etapa de 5-hidroximetilfurfural (HMF) a partir de glucosa con el
uso de óxidos básicos-ácidos (LaOx/Nb2O5).
93. Producción sostenible de biodiesel a partir de ácido esteárico empleando un nuevo
catalizador heteropoliácido de Preyssler.
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94. Propiedades fotoelectrocatalíticas de películas sol-gel de TiO2 dopadas con boro/óxido
de grafeno depositadas en Ti para la oxidación de glicerol.
95. Pt Nanoparticle/Graphene Oxide Modified Screen-Printed Electrodes for Amperometric
Detection of H2O2.
96. Reactividad del dibenzotiofeno sobre catalizadores Pd-Pt/Al2O3-SiO2: más allá de la
hidrodesulfuración.
97. Sensibilización de nanotubos de TiO2 con Bi2O3 para la oxidación fotoelectrocatalítica
de glicerol bajo luz visible.
98. Síntesis de 2-arilpiridina mediante la reacción de Hantzsch utilizando una ftalocianina
sulfonada de cobre.
99. Síntesis de AlPOs y SAPOs y su evaluación catalítica en oligomerización de propileno.
100. Síntesis de óxidos de cerio dopados con praseodimio por el método de
polimerización-combustión para aplicaciones anódicas en pilas de combustible de
óxido solido.
101. Síntesis de Zeolita A y X a partir de cenizas volantes para su uso en la remoción
de cromo.
102. Síntesis de zeolita ZSM-5 a partir de cenizas residuales de industrias minera y
manufacturera.
103. Síntesis directa de dióxido de titanio dopado con hierro (III) a partir de un mineral
natural.
104. Síntesis y caracterización de carburos a base del heteropolioxonión tipo Anderson
(NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O soportados sobre alúmina para la hidrodesulfuración
de tiofeno.
105. Síntesis y caracterización de catalizadores soportados de TiO2 Y ZrO2 modificados
con tungsteno para su aplicación en la hidratación de etileno a etanol.
106. Síntesis y caracterización de complejos de hierro(III) con ligandos derivados de 3,5
dimetilpirazol y su estudio catalítico para la reacción de aminación oxidativa de
estireno.
107. Síntesis y caracterización de la perovskita LaFeO3 en un reactor FASP (Flame
Assisted Spray Pyrolysis).
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108. Síntesis y caracterización de polioxometalatos tipo Anderson de Fe-Mo, Co-Mo y
Ni-Mo soportados en zeolitas-β para hidrodesulfuración de tiofeno.
109. Study of Intermediates in the Water Gas Shift Reaction on the Fe3O4 (001) Surface.
110. Transesterificación de aceite de palma utilizando titanil sulfato extraído de la
ilmenita como catalizador sólido ácido.
111. Tratamiento de aguas residuales de la industria textil mediante procesos de
oxidación electro-química usando ánodo de diamante dopado con boro.
112. Tratamiento de lixiviados mediante ozonización catalítica heterogénea.
113. Tratamiento de residuos provenientes de un laboratorio de catálisis.
114. Tratamiento terciario de un lixiviado de relleno sanitario con carbón activado
granular funcionalizado (Fe-GAC) mediante adsorción/regeneración catalítica.
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Actividad fotocatalítica de películas delgadas de sulfuro de indio
y sulfuro de indio en polvo obtenidas por el método chemical bath
deposition.
W. Vallejo
a*, C. Diaz-Uribe
a, K. Rios
a.
a Universidad del Atlántico, Grupo de Investigación en Fotoquímica y Fotobiología, Barranquilla,
Colombia. Email: *[email protected]
Resumen
En este trabajo se sintetizaron películas delgadas de sulfuro de indio (In2S3) y sulfuro de
indio en polvo a través del método CBD, como precursores se utilizaron citrato de sodio,
ácido acético, cloruro de indio, tioacetamida, a un pH aproximadamente de 2 y a una
temperatura de 70°C. Los catalizadores obtenidos se caracterizaron por difracción de
rayos X y espectrofotometría. Finalmente se realizaron ensayos de fotodegradación
utilizando como contaminante modelo azul de metileno (AM) con una concentración de 10
ppm
Estudios realizados en los últimos años muestran que a diario se vierten
aproximadamente 2 millones de toneladas de aguas contaminadas en el mundo, esta es
un problemática que causa gran impacto a nivel mundial. Los procesos de oxidación
avanzada se consideran muy atractivos y de un gran interés para el tratamiento de aguas
residuales ya que son capaces de lograr de forma adecuada y completa la oxidación y
mineralización de la materia orgánica que se encuentra presentes en estas aguas.
Actualmente, el dióxido de titanio (TiO2) es uno de los semiconductores más investigados
en fotocatálisis heterogénea; este material es inocuo para la naturaleza, térmica y
químicamente muy estable, sin embargo, debido a su elevado valor de band gap (3,2 eV);
solo es foto-catalíticamente activo la región ultravioleta del espectro electromagnético.
Como posibles alternativas foto-catalíticas el sulfuro de indio (In2S3) es considerado un
material prometedor, debido a su estabilidad química y bajo valor de valor de banda
prohibida de 2,0 eV, este material ha reportado actividad en el rango visible del espectro
electromagnético. En este trabajo se busca realizar un estudio comparativo de la potencial
actividad fotocatalítica de películas de In2S3 y muestras de In2S3 en polvo obtenidas por
CBD.
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Grafico 1. Cambio de concentración AM vs tiempo bajo irradiación visible
En la gráfica 1 se puede observar la variación en la concentración AM en función del
tiempo utilizando sulfuro de indio en polvo y en película como fotocatalizador. Se puede
apreciar que la forma física del fotocatalizador afecta sus propiedades fotocatataliticas. En
este caso el fotocatalizador en polvo presenta una reducción en la concentración inicial de
AM del 84%, mientras que el fotocatalizador en película delgada presenta una reducción
en la concentración inicial de AM del 69%, es posible que bajo las condiciones de
operación el fotocatalizador en polvo presente mayor superficie de contacto.
Palabras clave: fotocatálisis heterogénea; In2S3; chemical bath deposition; películas
delgadas.
Tabla de contenido
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Aminopirazoles como ligandos en reacciones de acoplamiento C-
C tipo Mizoroki-Heck
John Eduard Torres Gonzáleza*
, Fernando Cuenú Cabezasa, Rodrigo Abonia Gonzalez
b.
a Laboratorio de Química Inorgánica y Catálisis, Universidad del Quindío, Armenia, Colombia
630003 b Departamento de Química, Universidad del Valle, Cali-Colombia
Email: [email protected],
Resumen
Se coordinarón cuatro aminopirazoles a paladio (fenilpirazol, 2-nitrofenilpirazol, 3-
nitrofenilpirazol y 4-nitrofenilpirazol), generando complejos diméricos, en donde cada
átomo de paladio posee una geometría cuadrado planar, con un cloro terminal y dos cloro
puente, y los ligantes pirazólicos en una configuración trans.
Esquema 1. Reacción de acoplamiento de los ligantes pirazólicos a paladio
Los complejos de paladio pirazol formados se evaluaron en reacciones de acoplamiento
C-C tipo Mizoroki-Heck entre estireno y derivados del iodobenceno (4-bromo-iodobenceno
e iodobenceno), además se utilizó el 2,3-dihidrofurano como alqueno, el cual se hizó
reaccionar con iodobenceno.
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Esquema 2. Reacción de acoplamiento C-C Mizoroki-Heck con los complejos de
Paladio-Pirazoles
Los complejos presentaron actividad y una alta selectividad hacia los trans-estilbenos. El
test de la gota de Hg, indica que las reacciones son de tipo homogéneo, por lo tanto, los
ligantes pirazólicos hacen parte de la especie catalíticamente activa. Se realizaron
estudios del efecto de la base dando como resultado que el K2CO3 y la Et3N proporcionan
un medio alcalino óptimo para la activación de los catalizadores. Se comparó el
comportamiento de los catalizadores de paladio - pirazoles con el catalizador comercial
PdCl2(PPh3)2, en medio acuoso, y se encontró que nuestros complejos no se
descomponen, como si le ocurre al catalizador comercial, además se encontró que los
complejos con nitropirazoles, son más activos en medio acuoso. Por ello,
hemos comparado el efecto de la posición del grupo nitro para determinar la actividad y
selectividad de las reacciones de acoplamiento C-C de tipo Heck en DMF y DMF-H2O
(1:1) dando como resultado que el 2-nitropirazol (2) activa mas al paladio y lo hace más
selectivo que los complejos con los pirazoles que tienen nitro en la posición tres (3) y
cuatro (4), entrando en resonancia con los fines de la catálisis, el cual es el de generar la
menos cantidad de residuos, y la utilización del agua como solvente, convirtiéndose en
complejos ambientalmente más amigables.
Palabras clave: Paladio; pirazol; Mizoroki-Heck; Iodobenceno; 2,3-DHF.
Tabla de contenido
21
Análisis infrarrojo de la adsorción de metanol sobre óxidos
mixtos derivados de hidrotalcitas de Zn/Al para reacciones de
transesterificación
Gina Hincapiéa*
, Diana Lópezb, Andrés Moreno
c
a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia, 050010.
Email: [email protected],
Resumen
El biodiesel es obtenido a partir de aceites vegetales principalmente mediante la reacción
de transesterificación con alcoholes de bajo peso molecular. Actualmente existe un
proceso industrial denominado Esterfip-H que utiliza un catalizador heterogéneo basado
en un óxido binario de zinc y aluminio que permite la obtención de un combustible
cumpliendo con la normativa europea. Sin embargo, este proceso tiene asociadas ciertas
desventajas, como son: solo pueden utilizarse aceites refinados ya que los ácidos grasos
libres y el agua envenenan los sitios activos del catalizador; además, la temperatura de
reacción requerida está en el rango de 180-220°C y en consecuencia la presión de trabajo
es relativamente alta. Las limitaciones asociadas a dicho proceso llevan a pensar en la
falta de entendimiento que existe aún al respecto del mecanismo de reacción de
transesterificación con estos materiales y en cómo la comprensión del proceso de
activación del alcohol sobre el catalizador puede llevar al diseño de materiales que sean
útiles a condiciones de reacción más suaves y que cumplan con las condiciones de
actividad y estabilidad necesarias para un proceso industrial. En este sentido, en la
presente investigación se prepararon diversos óxidos mixtos a partir de hidrotalcitas (HT)
y se evaluó el efecto de sus propiedades ácido-base (controladas a través de la variación
de la relación molar Zn2+/Al3+) en la activación de metanol para la reacción de
transesterificación de triacetina utilizada como compuesto modelo. Las HT fueron
sintetizadas por el método de co-precipitación de los cationes metálicos. Los óxidos
mixtos fueron obtenidos mediante descomposición térmica de las HT. Con el objetivo de
determinar el efecto de la relación molar M2+/M3+ sobre las propiedades ácido-base en los
óxidos mixtos y su relación con la activación de metanol; se realizó un estudio de
adsorción de metanol seguido por espectroscopía infrarroja de reflectancia difusa (in-situ
DRIFTS). Empleando esta metodología se encontró que para los sólidos bajo estudio, la
adsorción de metanol está caracterizada por la presencia de dos bandas de estiramiento
(C-O) alrededor de 1000 cm-1, asociadas a metanol adsorbido como grupo metoxi (mono-
y bi-dentado), provenientes de la adsorción disociativa del metanol en interacción con
22
sitios del tipo par ácido-base presentes en la superficie de los sólidos. La información
obtenida mediante el análisis DRIFTS fue relacionada con los resultados de actividad
catalítica en la reacción de transesterificación de triacetina con metanol (condiciones de
reacción: 60°C, r.molar metanol/triacetina 10/1, 10% cat.). Se logró identificar que existe
una correlación directa entre la cantidad de sitios metoxi monodentados, generados por la
adsorción disociativa del metanol sobre los pares ácido-base M2+(M3+)-O2-, y la actividad
de los catalizadores en la reacción de transesterificación. El sólido que generó una mayor
conversión (29.1%) fue el material con una relación molar Zn/Al = 2. La actividad catalítica
de este material está relacionada fundamentalmente con la presencia de sitios ácido-base
débiles y de fortaleza media, además con la homogeneidad del óxido mixto sintetizado lo
que conlleva a la formación de una mayor cantidad de dominios Al-O-Zn; resultando en
una relación de sitios ácidos a sitios básicos (Na/Nb) óptima en donde la cantidad de
especies metoxi monodentadas es adecuada para generar la mayor actividad catalítica en
la serie de óxidos estudiada.
Palabras clave: DRIFTS, óxidos mixtos; hidrotalcitas, biodiesel, transesterificación.
Agradecimientos: los autores agradecen a Colciencias por la financiación del Proyecto
con código 111556933557; a la Universidad de Antioquia por la financiación a través del
Programa Sostenibilidad 2014-2015. G.H. agradece a Colciencias y a la Universidad de
Antioquia su beca doctoral.
Tabla de contenido
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Aplicación de minerales arcillosos de la región amazónica como
catalizadores en la obtención de gas de síntesis
Lina Marcela Bolívar Pinedaa, Leidy Yaneth González Rodríguez
a, Jaime Andrés Gallego
b,
Maurin Salamanca Guzmánc,*.
a Universidad de la Amazonia, Grupo de investigación Materiales, Ambiente y Desarrollo – MADE,
Florencia, Colombia. b Universidad de Antioquia, Grupo de investigación Química de Recursos Energéticos y Medio
Ambiente – QUIREMA, Medellín, Colombia. c Universidad Militar Nueva Granada, Grupo de investigación Química Ambiental y Tecnologías
Limpias – QUATELI , Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Se realizó la modificación de arcillas naturales tipo bentonita proveniente del
departamento de Caquetá (Colombia) por el método de autocombustión para uso como
catalizadores en la producción de gas de síntesis a partir de la descomposición de etanol
utilizando como fase activa níquel y cobalto. Los catalizadores se caracterizaron por
difracción de rayos X y los productos gaseosos de reacción fueron analizados por un
espectrómetro de masas en línea.
Gracias a las propiedades fisicoquímicas de las arcillas, específicamente las bentonitas,
son ampliamente usadas en catálisis a nivel industrial, dichas propiedades derivan
principalmente de su pequeño tamaño de partícula, su morfología laminar y las
sustituciones isomórficas, además de su abundancia en la naturaleza; su modificación
por autocombustión presenta ventajas como excelente homogeneidad química, sólidos
con alto nivel de pureza y cristalinidad, control del tamaño de partícula y reducción de la
aglomeración de nanopartículas, como níquel y cobalto que poseen grandes energías
superficiales e interacciones magnéticas fuertes, se adiciona que se realiza de forma
sencilla, usando temperaturas bajas de síntesis y tiempos de reacción cortos, además se
emplea un mínimo de agua en el proceso, lo que la hace amigable con el ambiente. Por
esta razón se sintetizaron catalizadores soportados en arcilla de níquel, cobalto y mezcla
de estos, ya que son metales activos para la producción de gas de síntesis.
El análisis de los difractogramas permitió identificar las fases cristalinas presentes en el
mineral arcilloso como cuarzo, caolinita y bentonita como componente principal. De igual
forma se afirma que la naturaleza del mineral es dioctaédrica debido a la presencia de la
señal de difracción d060 = 1,48 Å en 62,63° posición 2θ. Al realizar la caracterización para
los minerales modificados por autocombustión para la incorporación de los metales, no se
observa la formación de óxidos de níquel y cobalto. La ausencia de señales de los óxidos
24
sugiere una alta dispersión de los mismos o la inclusión de los elementos en la estructura
de la arcilla, ya sea interlaminar o como sustitución isomórfica.
Para la obtención del gas de síntesis se realizó la descomposición del etanol ya que se
puede obtener a partir de biomasa y se convierte en una fuente renovable de carbono. El
seguimiento de los gases en la reacción se realizó con el espectrómetro de masas, los
gases obtenidos mostraron una relación de 1,5 entre H2/CO (gas de síntesis) para los
catalizadores soportados a base de Co y Ni, mientras que para el catalizador Ni-Co esta
relación fue de 1,3. En todos los casos se logró obtener una relación H 2/CO en un
intervalo de 1 a 2 lo cual es favorable para la síntesis Fischer-Tropsch y obtención de
metanol.
La arcilla modificada mediante autocombustión, permitió obtener un catalizador que
favorece la producción de gas de síntesis a partir de etanol. Esto confirma que la
transformación mediante modificaciones sencillas de materiales naturales, como las
arcillas, genera soportes catalíticos activos para la producción de gas de síntesis, lo cual
potenciaría los recursos del Departamento del Caquetá y su aplicación en catálisis.
Palabras clave: Bentonita; catálisis; gas de síntesis; etanol.
Tabla de contenido
25
Aproximación al mecanismo de oxidación alílica de limoneno a
carvona con el sistema catalítico FePcCl16-SBA-15/TBHP
Diana L. Grajales L.a*
, Lina M. Gonzálezb, Aída Luz Villa
c.
a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La obtención de carvona mediante la oxidación alílica de limoneno es un método de
interés académico e industrial ya que el limoneno es una materia prima abundante y de
bajo costo (1.5-5 USD/libra). El proceso puede llevarse a cabo utilizando ftalocianina de
hierro hexadecaclorada soportada en silica amorfa (FePcCl16-SiO2) como catalizador e
hidroperóxido de terc-butilo comercial (TBHP), obteniéndose rendimientos a carvona del
13% (313 K, 24 h) El reto actual del proceos es obtener rendimientos altos a carvona.
El rendimiento a carvona podría mejorarse controlando la reacción con el uso de soportes
mesoestructurados como el material silíceo SBA-15. Adicionalmente, si se conoce el
mecanismo mediante el cual se transforma el limoneno en carvona, podría modificarse el
rendimiento de la reacción. Resultados previos han mostrado que en la oxidación alílica
de ciclohexeno con el sistema catalítico FePcCl16-SiO2/TBHP, la reacción sigue un
mecanismo radicalario, lo que puede hacer más complejo el incremento en el
rendimiento.
En esta contribución, se presenta la evaluación de la formación de radicales libres durante
la oxidación de limoneno con el catalizador FePcCl16 inmovilizado en SBA-15 y TBHP, con
el fin de determinar el efecto del soporte en el mecanismo de reacción seguido en la
oxidación alílica de limoneno con TBHP.
Para la síntesis del catalizador, el complejo FePcCl16, previamente sintetizado en el grupo
Catálisis Ambiental, se inmovilizó en SBA-15, preparada con el co-polímero tribloque
amfifílico (EO)20(PO)70(EO)20 y tetraetilortosilicato, tratada previamente con 3-
aminopropiltrietoxisilano. El contenido de hierro en el catalizador, determinado por análisis
elemental, fue de 42.98 µmol Fe/g. En una reacción de oxidación alílica típica se añadió el
catalizador (0.26% mol) a 1.5 mL de solución de limoneno en acetona 0.13 M; luego se
añadieron 50.6 µL de TBHP comercial (70% acuoso) a la suspensión y la mezcla de
reacción se agitó (875 rpm) y se calentó en una placa de calentamiento de aluminio (313
K) durante 30 min. En algunas reacciones se añadieron 80 mg de 2,4-di-terc-butilfenol
(2,4-DBP) para inhibir la formación de radicales. Los productos de reacción se separaron
del catalizador por filtración y se analizaron mediante GC-MS; la cuantificación se realizó
con decano como estándar interno. La posible formación de hidroperóxido de limoneno se
determinó por diferencia en la concentración de carveol antes y después del tratamiento
26
de una muestra de la mezcla de reacción (0.2 mL) con igual volumen de una solución de
PPh3 (0.19 M - 0.38 M) en una mezcla al 40 % de etanol en diclorometano, durante 2
horas. La conversión de TBHP se determinó por titulación con Na2S2O3 de muestras de la
solución después dereacción.
La abstracción de hidrógeno de la posición alílica y la formación del hidroperóxido de
sustrato son típicos en reacciones de oxidación alílica, especialmente mediante el
mecanismo de radicales libres. Los resultados indicaron que durante la reacción hay
formación de radicales libres, ya que tanto la conversión de limoneno como la de TBHP
disminuyeron en presencia del inhibidor de radicales 2,4-DPB. Adicionalmente, los
resultados confirman el papel del catalizador en la descomposición de TBHP en radicales
libres, al observarse un significativo aumento de la descomposición del TBHP con la
presencia del catalizador (de 0.9 a 30%) y una disminución de ésta (hasta 22%) en
presencia del inhibidor 2,4-DPB. No se detectó la formación de hidroperóxido de
limoneno; no se encontraron diferencias significativas en la concentración de carveol
después del tratamiento con PPh3 bajo ninguna de las condiciones descritas
anteriormente.
Palabras clave: carvona; mecanismo oxidación alílica; limoneno; ftalocianinas de
hierro; SBA-15.
Tabla de contenido
27
Biocatalizadores basados en lipasas co-inmovilizadas para la
producción de esteres etílicos de ácidos grasos (Biodiesel).
Diego F. Rodríguez Sánchez
a, César A. Godoy Vargas
b*, Jessica Medina
c.
a,b,c Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia.
e-mail: [email protected],
Resumen
La producción de Biodiesel empleando biocatalizadores basados en lipasas inmovilizadas
es un tópico ampliamente estudiado debido a las múltiples ventajas que presenta este tipo
de catálisis, entre las cuales se encuentran: la obtención de productos más puros, menor
cantidad de desechos, uso de reactores más simples, condiciones de reacción moderadas
y la utilización de materias primas de baja calidad como aceites usados o con altos
índices de acidez que no pueden ser empleados en la catálisis básica homogénea
convencional. Sin embargo a pesar de las múltiples ventajas que presentan este tipo de
catalizadores aún se encuentran restringidos debido a su alto costo, una relativa baja
actividad y grados de conversión comparados con los métodos químicos. Se ha
observado que es posible mejorar tal actividad empleando mezclas de derivados
monoenzimáticos cuyas enzimas presenten actividad catalítica complementaria en el
procesado de reaccionantes e intermediarios durante la síntesis de biodiesel.
En este trabajo nuestra propuesta es inmovilizar un binomio de enzimas complementarias
en la misma partícula-superficie del soporte siendo nuestra hipótesis que la actividad
resultante puede ser mejorada al evitar la componente del tiempo de difusión de los
productos generados por una enzima (que serán sustratos de la otra) desde y hacia la
partícula de los soportes en el caso de mezclas de derivados monoenzimáticos. También
nuestra hipótesis es que el grado de cooperatividad de las enzimas en la reacción es una
función de su fracción en el soporte y de parámetros de reacción como (T, relación molar
EtOH/Aceite y % del biocatalizador en la mezcla).
Las lipasas escogidas para este estudio fueron las de Candida antarctica (CALB) y
Thermomyces lanuginosus (TLL) debido a que presentan propiedades interesantes en el
proceso de producción de biodiesel, por ejemplo: CALB muestra una alta capacidad para
esterificar ácidos grasos libres lo cual la haría ideal para su uso en aceites usados y una
mayor afinidad hacia triglicéridos en comparación con TLL lo cual permitiría la obtención
de conversiones iniciales altas, en contraposición TLL ha demostrado poseer altos
porcentajes de conversión pero velocidades iniciales bajas, además de ser más a fin por
intermediarios de reacción como di y mono glicéridos.
Mediante absorción por etapas se produjeron catalizadores con diferentes fracciones de
saturación de TLL y CAL B en el soporte Lewatit® VP OC 1600 y siguiendo un Diseño
28
experimental tipo Compuesto Central (CCD), estos fueron evaluados bajo diferentes
condiciones de reacción en la transesterificación de aceite de palma y EtOH.
Nuestros resultados mostraron que tanto la fracción de enzima co-inmovilizada como los
parámetros de reacción influyen marcadamente en la velocidad inicial y en menor grado
en el porcentaje de conversión. De este modo, fue posible producir un biocatalizador de
enzimas co-inmovilizadas entre 150% y 700% más activo que los biocatalizadores de
referencia y bajo condiciones de reacción altamente sostenibles.
Esto trabajo demarca el camino para aplicar la co-inmovilización de lipasas en otros
bioprocesos y empleando diferentes superficies de inmovilización para modular la
complementariedad catalítica.
Palabras clave: Biocombustibles; Biodiesel; Biocatalizador; Co-inmovilización;
Lipasas.
Tabla de contenido
29
Catalizadores de Cobalto soportado en Materiales Composites:
Obtención y su aplicación en Química Fina
Cristian Mirandaa,b
, Juan Badanoc, Fernando Coloma-Pascual
d, Mónica Quiroga
c, Alfonso
Ramíreza, Cecilia Lederhos
c,*
a Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia
b Grupo de Investigación en Catálisis y Procesos (LICAP), Universidad del Valle, Cali, Colombia
c Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE, UNL-CONICET), Santa Fe,
Argentina d Servicios Técnicos de Investigación, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Alicante,
España
Email: [email protected],
Resumen
La hidrogenación selectiva de dobles y triples enlaces carbono–carbono es una de las
reacciones fundamentales para la síntesis de productos de Química fina y de la industria
química en general. Una importante cantidad de procesos y aplicaciones en diferentes
industrias se basan en hidrogenaciones catalíticas de hidrocarburos insaturados por vía
heterogénea. La purificación de corrientes olefínicas utilizadas en la industria de
polímeros es de gran importancia ya que puede modificar las propiedades de los plásticos
obtenidos al final del proceso. La preparación de soportes inorgánicos utilizados en la
elaboración de catalizadores metálicos soportados, constituyen procesos largos y utilizan
altas temperaturas, con lo que hacen que la estructuración final se convierta en un
inconveniente, sin contar con el hecho que de sus propiedades mecánicas dependa su
aplicación, es decir deben ser lo suficientemente resistentes para ser empleados en la
industria. Los materiales composites, tienen la ventaja de ser muy resistentes, con lo que
su empleo como soporte podría incrementar las ventajas de los catalizadores
estructurados. Por estas razones, el objetivo del presente trabajo, es depositar cobalto
sobre estos materiales composites, para la obtención de catalizadores tipo egg-shell y
posteriormente, evaluarlos en la reacción de hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1-
hepteno.
Los materiales composites y su preparación se encuentran bajo trámites de protección de
la propiedad intelectual. Estos son preparados a partir de una fase inorgánica (hidrofílica)
constituida por alúmina (γ--Al2O3 CK-300, SBET: 180 m2g-1), y otra orgánica (hidrofóbica)
formada por la mezcla de monómeros (bisfenol A glicerolato dimetacrilato [BGMA],
trietilenglicol dimetacrilato [TEGDMA] y diuretano dimetacrilato [UDMA]) y un iniciador de
polimerización (peróxido de benzoílo). Luego de homogenización y tratamiento de
temperatura, las mezclas son extrudadas y colocadas en estufa a 373 K 1 h para obtener
30
materiales rígidos, que serán los soportes denominados: BTAl y UTAl. Sobre dichos
materiales y por el método de impregnación por humedad incipiente, se deposita una
solución de CoCl2 en concentraciones finales en el catalizador de 1 % m/m Co. Los
catalizadores son secados y reducidos en H2 a 503 K durante 1 h. También fue preparado
un catalizador de Co/Al2O3 usando el mismo método de preparación y bajo los mismos
tratamientos térmicos, a modo de comparación. Los catalizadores fueron caracterizados
por ICP, XPS, y morfológicamente por: SEM, EDS y Microscopía Óptica. Los
catalizadores (Co/UTAl, Co/BTAl y Co/Al2O3) son evaluados en la reacción de
hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1-hepteno, en un reactor semicontinuo tanque
agitado de acero inoxidable a 800 rpm, 303 K, 150 kPa de presión de H2 y usando 0,3 g
de catalizador. Como alimentación se utilizaron 75 mL de una solución al 2 % (v/v) de 1-
heptino en tolueno. Reactivos y productos fueron analizados por GC con detector FID y
columna capilar. Por XPS se pudo detectar los tres catalizadores presentan especies
electrodeficientes sobre la superficie de Co: Co2+ (BE≈781,4 eV). Sin embargo, Co/UTAl
presenta además especies superficiales de Co° (BE≈778 eV), siendo su relación atómica
superficial Co2+/Co°: 2.85 y una mayor relación atómica superficial de Cl/Co (1,03), respeto
del resto de catalizadores.
Los catalizadores obtenidos presentaron selectividades a 1-hepteno muy elevadas y
relativamente similares (85-95%). Los catalizadores soportados sobre los nuevos
materiales composites resultaron ser más activos con conversiones totales de: Co/UTAl
(XT≈42%), Co/BTAl (XT≈29%) y Co/Al2O3 (XT≈6%). Las diferencias encontradas entre
Co/UTAl y Co/BTAl, pueden ser atribuidas a la presencia de Co° y mayor contenido de Cl
superficial sobre el primer catalizador, lo que mejora las interacciones entre sustrato y
especies superficiales.
Tabla de contenido.
31
Catalizadores heterogéneos para la producción de bio-aceite a
partir de bagazo de caña vía licuefacción hidrotérmica – Estudio
preliminar
Alejandro Sotoa, Gina Hincapié
b, Diana López*
c.
a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia, 050010.
Email: [email protected],
,*
Resumen
El bio-oil es un aceite obtenido como producto de la descomposición de biomasa
lignocelulósica mediante procesos termoquímicos. El propósito principal de dichos
procesos es obtener combustibles líquidos o productos químicos de valor agregado. La
composición del bio-oil tiende a ser variable dependiendo del tipo de biomasa, pero en
general se encuentra constituido de compuestos fenólicos, aldehídos, ésteres y derivados
de furanos. En la literatura se ha encontrado que el uso de un catalizador que favorezca la
descomposición de la biomasa, es de gran importancia para mejorar los rendimientos en
procesos de licuefacción; así mismo, para favorecer la selectividad hacia ciertos
compuestos. En este sentido, en la presente investigación se realizó un estudio preliminar
de la reacción de licuefacción hidrotérmica de bagazo de caña con glicerol como solvente,
utilizando diferentes catalizadores sólidos; con el objetivo de observar cómo la naturaleza
ácida o básica del catalizador afecta el rendimiento de la reacción y la naturaleza química
de los productos obtenidos. Se escogió como materia prima el bagazo de caña ya que es
un residuo altamente generado por los ingenios azucareros y por los cultivadores de la
caña en sus trapiches luego de extraer sus azúcares. Además, es un material rico en
celulosa y hemicelulosa por lo que se considera promisorio para obtener a partir de él
diferentes productos líquidos de valor agregado.
La reacción de licuefacción hidrotérmica se realizó en un reactor tipo autoclave con
adición de 0.5 g de bagazo de caña, glicerol como solvente en proporción 20:1 en relación
a la biomasa y el catalizador al 2% en peso respecto al solvente. Fueron evaluados los
siguientes catalizadores: PURAL MG70® (SASOL Germany), que corresponde a una
hidrotalcita con relación molar Mg-Al=3 y el óxido mixto derivado de la misma por
calcinación a 500°C (Mg-O-Al), una muestra de zeolita comercial (Zeolyst International)
(NH4) ZSM-5 y su derivado obtenido por calcinación bajo las mismas condiciones
mencionadas con anterioridad (ZSM-5); La reacción de licuefacción se llevó a cabo a
300°C por 4 h en una atmósfera de argón (Ar) de 1MPa.
32
Los rendimientos obtenidos con cada uno de los catalizadores, así como los principales
compuestos químicos observados en los productos de las diferentes reacciones, se
presentan a continuación:
Muestras Rendimiento
Bio-oil
Compuestos químicos obtenidos
PURAL
MG70®
5,25 % [Fenol, 2-metil-];[Oxirano, (etoximetil)-];[Fenol]
Mg-O-Al 6,41% [Oxirano, (etoximetil)* ];[Fenol, 2-metil]
(NH4 )ZSM-
5
1,03% [2-metil-1-[1-(2-metilpropoxi) ethoxi] propano]; [Ácido
Propanoico, 2, 2 -dimetil-, hexil ester]; [Fenol].
ZSM-5 9,80% [Oxirano, (ethoximetil)-]; [Fenol]; [Etanol, 2-(1, 1-
dimetiletoxi)].
Figura 1.Compuestos más abundantes en los bio-aceites obtenidos.
De acuerdo con los resultados contenidos en la tabla anterior, el mejor rendimiento fue
obtenido con el material denominado ZSM-5, esto probablemente debido a que es un
sólido altamente ácido y favorece por tanto, el rompimiento de enlaces glicosídicos y tipo
éter. De igual manera, se observa que los compuestos más abundantes corresponden a
productos derivados de la celulosa y hemicelulosa que reaccionan con glicerol o sus
derivados. Además, se observa una contribución importante de la lignina hacia la
formación de fenol o derivados de este.
Palabras clave: licuefacción hidrotérmica, bagazo de caña, zeolitas, hidrotalcitas.
Agradecimientos: Los autores agradecen a Colciencias por la financiación del proyecto
con código 111556933557; a la Universidad de Antioquia por la financiación a través del
Programa Sostenibilidad 2014-2015.
Tabla de contenido
33
Cinética de la oxidación de limoneno con FePcCl16-NH2-SiO2
Jaime Andrés Becerra Chaláa, Aída Luz Villa
b, Lina María González Rodríguez
c,*.
a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Los aceites esenciales se extraen principalmente de materias primas de origen
agroindustrial y están constituidos por terpenos; por ejemplo, el limoneno es el principal
componente del aceite esencial de naranja. Los productos de oxidación del limoneno
poseen alto valor comercial (superior a 10 USD/kg) y se utilizan en la fabricación de
fármacos, agroquímicos, fragancias, aditivos alimenticios, colorantes, pigmentos,
adhesivos, recubrimientos y dispositivos electrónicos. En la oxidación de limoneno se
presentan dos reacciones competitivas: oxidación del enlace doble que origina epóxidos y
la incorporación de oxígeno en posiciones alílicas del sustrato para producir alcoholes y
cetonas. En este trabajo se presenta el estudio cinético de la oxidación de limoneno, con
hidroperóxido de terc-butilo comercial (TBHP) y ftalocianina de hierro soportada en sílica
(FePcCl16-NH2-SiO2). El catalizador FePcCl16-NH2-SiO2 es fácil de sintetizar y presenta
excelentes propiedades térmicas y mecánicas; está inspirado en biosistemas como la
enzima férrica Citocromo P450 que cataliza oxidaciones en organismos vivos. La
sustitución de halógenos en la periferia incrementa el potencial redox y la inmovilización
en sílica aumenta la actividad y estabilidad del catalizador.
Las reacciones se analizaron hasta 30 min variando la cantidad de catalizador (0 – 11.5
mg), la concentración inicial de TBHP (0 - 0.75 M) y de limoneno (0 - 0.302 M) para
estimar la velocidad inicial de reacción de limoneno; adicionalmente, se efectuaron
reacciones variando la temperatura (3.5 – 50 ºC). La cuantificación de terpenos se realizó
con curvas de calibración por cromatografía gaseosa en un GC Agilent 7890A equipado
con un detector de ionización de llama (FID) y espectrómetro de masas MS Agilent con
detector 5975C y la concentración del agente oxidante TBHP se cuantificó mediante
titulación con Na2S2O3 en una solución acuosa de KI con H2SO4.
34
(a) (b)
(c) (d)
Figura 1. Efecto de la variación de la concentración inicial de limoneno (a), TBHP (b),
catalizador (c) y temperatura (d) en la velocidad inicial de desaparición de limoneno.
Condiciones de reacción: 40 ºC, 750 rpm, catalizador malla 170 - 200 y acetona como
solvente. A: limoneno, B: TBHP.
La velocidad inicial de desaparición de limoneno incrementa con la concentración inicial
de limoneno hasta una concentración de 0.12 M, a partir de la cual se mantiene constante
(Figura 1a). Con la concentración de agente oxidante no se observa una tendencia lineal
(Figura 1b), lo cual supone una posible interacción entre los reactivos y el soporte en el
mecanismo cinético. En el caso del catalizador se observa que esta variación es lineal,
Figura 1c, y con la temperatura se evidencia el incremento en la velocidad inicial de
desaparición de limoneno después de 20 °C (Figura 1d).
Palabras clave: ftalocianina; limoneno; oxidación alílica; TBHP; cinética.
Tabla de contenido
35
Co3O4 sobre Carbón Activado como catalizador en la reacción de
oxidación de alcoholes
Misael Córdobaa, Alfonso E. Ramírez
a,*, Cristian D. Miranda
a,d, Cecilia Lederhos
b, Yannick
Pouillouxc.
a Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán-Colombia.
b INCAPE (UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina. 3000.
c Institute de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers, Université de Poitiers,UMR 7285, 4
rue Michel Brunet – TSA 51106 86073 Poitiers Cedex- France. d LICAP, Departamento de Química, Universidad del Valle, Melendez-Cali.
Email: [email protected],
Resumen
Los aldehídos y cetonas son ampliamente utilizados como materia prima en diferentes
procesos industriales y de química fina y por ello su obtención se considera de vital
importancia. Estos productos pueden obtenerse de la oxidación del alcohol
correspondiente, aunque la reacción clásica presenta dificultades considerables, dado que
se utilizan convencionalmente cantidades estequiométricas de agentes oxidantes como
sales de cromo (IV); un problema adicional con estos oxidantes, además de ser muy
caros, es que generan residuos que contaminan el medio ambiente. Como alternativa, se
plantea el uso de oxidantes más prometedores y ambientalmente limpios, como O2 o aire
que generan H2O como el subproducto único.
En la búsqueda de catalizadores que sean activos, selectivos y de bajo costo, el Co 3O4
sobre carbón activado (CA), contribuye a un proceso de síntesis verde, a una elevada
selectividad y la eficacia de la oxidación aeróbica de los diferentes alcoholes. En este
trabajo, se evalúa la actividad y selectividad durante la reacción de oxidación de
diferentes alcoholes, aromáticos y alifáticos, para la obtención de los correspondientes
aldehídos y cetonas, usando oxígeno molecular (O2) en presencia de un catalizador
heterogéneo de óxido de cobalto soportado sobre carbón activado (Co 3O4/CA). Para la
síntesis del catalizador, partículas de óxido de cobalto fueron soportadas sobre carbón
activado G60, de elevada área superficial. Se partió de Co(NO3)2•6H2O para preparar el
catalizador Co3O4/CA, por el método de impregnación húmeda, obteniéndose un
catalizador con 15,2% en peso de Co. El sólido final fue secado y tratado en atmósfera
inerte (N2) a 350 ° C durante 2 h en un horno de circulación. El catalizador fue
caracterizado por AAS, XPS, FTIR y DRX. La reacción de oxidación de los diferentes
sustratos se llevó a cabo en un reactor semi-discontinuo, usando 20 µL de alcohol, 0,1 g
de Co3O4/G60 y 20 mL de tolueno. La temperatura de reacción fue de 80 °C y el flujo de O 2
utilizado de 50 mL min-1. Luego de la reacción, el catalizador se separó por filtración, y la
36
mezcla de reactivos y productos fue analizados en un GC con detector FID y columna
capilar. Durante la caracterización del catalizador se pudo detectar por XPS que el sólido
presenta dos especies superficiales de Co: Co3 + (BE: 779,9 eV) y Co2 + (BE: 781,4 eV);
siendo Co3 +/Co2 + relación atómica superficial de 1,07. El sólido mostró los picos de
difracción de rayos X característicos de Co3O4.
Durante la reacción de oxidación de un alcohol aromático, tal como alcohol bencílico para
la obtención de benzaldehído, se obtuvo una conversión de 96 % y una selectividad
superior al 99 %, a 4 h de reacción. En general, se obtuvieron buenos resultados para los
alcoholes aromáticos (derivados de alcohol bencílico) con respecto a la conversión y la
selectividad, mientras que en el caso de los alifáticos, tanto los primarios como
secundarios presentaron baja conversión; estos resultados son clave para entender más
sobre la actividad de este tipo de catalizador en la síntesis verde de aldehídos y cetonas.
Nuestro estudio permite concluir que Co3O4/G60 es un sólido activo y estable para la reacción
de oxidación de alcoholes, logrando los mejores resultados de actividad y selectividad, con
alcoholes de tipo bencílico. Además de contribuir a la oxidación verde de alcoholes debido al
uso el agente oxidante (O2) ya que se obtiene agua como único subproducto. Los efectos
estéricos y electrónicos procedentes de los grupos superficiales del soporte durante la
reacción de oxidación no deben ser descartados.
Tabla de contenido
37
Coagulación química acoplada a procesos Fenton para el
tratamiento de agua residual textil: Optimización de las
condiciones de operación
Edison Gil Pavasa*
, Paula Arbeláeza, Jose Medina
a, Izabela Dobrosz-Gómez
b1,
Miguel Á. Gómez-Garcíab2
. a
GIPAB: Grupo de Investigación en Procesos Ambientales. Departamento de Ingeniería de
Procesos. Universidad EAFIT, Carrera 49 #7 sur 50, Medellín-Colombia. Código Postal 050021. b
Grupo de Investigación en Procesos Reactivos Intensificados con Separación y Materiales
Avanzados - PRISMA. 1
Departamento de Física y Química, 2
Departamento de Ingeniería
Química. Universidad Nacional de Colombia. Campus La Nubia, km 9 vía al Aeropuerto la Nubia,
A A 127, Manizales, Caldas, Colombia.
Email: a*
Resumen
La industria textil utiliza gran cantidad de compuestos químicos durante su proceso
productivo, incluyendo colorantes, surfactantes, detergentes, grasas, ceras, solventes, y
sales, Así, los residuos generados contienen alta carga orgánica y compuestos
persistentes en el medio, lo cual constituye una grave problemática ambiental. Según el
reporte del Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos (WWAP) de las
Naciones Unidas, el 80% de las aguas residuales no son tratadas, lo que pone en riesgo
las fuentes de agua limpia usadas para consumo humano y agricultura. Esta situación es
aún más crítica en países en vía de desarrollo, donde una tercera parte de los habitantes
no tienen acceso a sistemas adecuados de potabilización, lo cual los hace más
vulnerables a la contaminación de sus recursos hídricos. Los métodos convencionales
usados en el tratamiento de los efluentes de la mayoría de industrias textiles se basan en
una combinación de coagulación química con procesos biológicos; sin embargo, los
compuestos muy solubles, como surfactantes y colorantes polares, no se precipitan
químicamente. Además, algunos colorantes son considerados compuestos xeno-bióticos;
por ejemplo, los tipo azo presentan el grupo (N=N), el cual genera una deficiencia de
electrones en la molécula, haciéndola menos susceptible a la oxidación catabólica por
bacterias, por lo que los tratamientos biológicos son poco eficientes y los contaminantes
presentan gran persistencia en el ambiente. Estas características de las aguas residuales
textiles hacen necesarias tecnologías innovadoras de tratamiento como los Procesos
Avanzados de Oxidación (PAO). En ellos se generan especies químicas altamente
oxidantes con la capacidad de degradar compuestos orgánicos tóxicos y recalcitrantes.
En la presente investigación se evaluaron dos PAO: el Fenton (Fe2+/H2O2) y el foto-Fenton
(Fe2+/H2O2/UV). Se trató una muestra de agua residual de una empresa dedicada a la
38
fabricación de jeans, ubicada en Medellín, la cual presentaba una coloración azul intensa,
con elevada carga orgánica (Demanda Química de Oxígeno (DQO): 865 mg O2/L) y baja
biodegradabilidad (relación DBO5/DQO: 0.137). Se optimizó el proceso de coagulación
como tratamiento preliminar para la remoción de partículas suspendidas, utilizando
Al2(SO4)3 como agente coagulante, logrando una remoción del 98% de turbidez.
Posteriormente, se utilizó la metodología de superficie de respuesta (MSR) acoplada a un
diseño de experimentos Box-Behnken con el fin de optimizar las condiciones de operación
de los procesos bajo estudio. La variable de respuesta fue el porcentaje de disminución
de la DQO. Los resultados fueron examinados con el análisis de varianza (ANOVA). Se
encontró que las variables de mayor influencia en el proceso fueron el pH y la
concentración de Fe+2. Con las condiciones óptimas encontradas (Fe2+=1 mM, H2O2=2
mL/L, y pH = 3) se realizó un estudio cinético, obteniendo a una degradación del 94% de
DQO (coagulación y foto-Fenton) en 90 minutos.
Se concluye que el proceso foto-Fenton se presenta como una alternativa eficaz para la
descontaminación de aguas industriales textiles, permitiendo la oxidación de gran parte de
los contaminantes orgánicos. Estos resultados dejan la puerta abierta a nuevos retos de
ID+i para hacer de los procesos textiles más económicos, así como técnica y
ambientalmente sostenibles.
Palabras clave: Tratamiento de aguas residuales, procesos Fenton, Procesos
Avanzados de Oxidación.
Tabla de contenido
39
Complejos de Cu (II) soportados en ligandos derivados de 3,5-
dimetilpirazol y su estudio como catalizadores en aminación
oxidativa de ciclohexeno.
John Hurtado*, Juan F. Torres. a
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes, Bogotá-
Colombia.(GUIQUICB)Grupo de Investigación en Química Inorgánica, Catálisis y Bioinorgánica).
Email: jj.hurtadoniandes.edu.co
Resumen
Se sintetizó el ligando bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano, el cual se coordina a la sal de
cobre (CuCl2) para dar el complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano-diclorocobre(II) con
un 82% de rendimiento. Además, se obtuvo el complejo di-μ-cloro-bis[cloro(di-3,5-
dimetilpirazol)cobre(II) mediante la reacción de una disolución del ligando bis(3,5-
dimetilpirazol-1-il)sulfóxido con cloruro de cobre(II) en tetrahidrofurano. Este ultimó ligando
no pudo ser aislado, pero fue posible realizar cálculos teóricos que permitieron inferir la
inestabilidad de dicha especie. Por último, se realizaron ensayos de aminación oxidativa
de ciclohexeno utilizando el complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano-diclorocobre(II)
encontrando evidencias de formación de productos que están siendo caracterizados.
Estudios catalíticos
Se realizaron pruebas utilizando 2 mg de 3,5-dimetilpirazol, 2 μL de ciclohexeno y 1 mL de
disolvente. En los casos en que se utilizó oxidante, se adicionaron 2.5 μL de peróxido de
hidrógeno al 30%. El catalizador se utilizó al 10% molar, y se agregó disuelto en el mismo
disolvente en que se efectuó la reacción. Todos los ensayos se realizaron en tubos de
ensayo, con agitación constante y a una temperatura de 60 °C.
Tabla 1. Evaluación de la reacción entre 3,5-dimetilpirazol y ciclohexeno
Disolvente Oxidante Catalizador Evidencias de reaccióna
Agua - - No
Dimetilformamida - - No
Dioxano - - No
40
Tolueno - - Si
1,2-dicloroetano - - No
Acetonitrilo - - No
Agua H2O2 - No
Dimetilformamida H2O2 - No
Dioxano H2O2 - No
Dimetilsulfoxido H2O2 - Si
1,2-dicloroetano H2O2 - No
Acetonitrilo H2O2 - No
Agua H2O2 Complejo (3) No
Dimetilformamida H2O2 Complejo (3) Si
Dioxano H2O2 Complejo (3) Si
1,2-dicloroetano H2O2 Complejo (3) Si
Acetonitrilo H2O2 Complejo (3) Si
Todas las reacciones se llevaron a cabo a 60 °C con una duración de 24 horas a. Como
evidencia de la reacción se utilizó la aparición de una nueva sustancia en cromatografía
en placa delgada.
Se pudo determinar que un factor de alta importancia en la reacción es la forma en que se
adiciona la sal de cobre, ya que puede utilizarse directamente o luego de un tiempo en
agitación con tetrahidrofurano, lo que forma un complejo que puede ser utilizado como
precursor. Adicionalmente, se encontró que es posible obtener un complejo de cobre
utilizando como reactivos 3,5-dimetilpirazol y cloruro de cobre (II) anhidro, siendo
necesario únicamente mezclarlos a temperatura ambiente utilizando tetrahidrofurano
como disolvente. Finalmente, se realizaron ensayos del complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1-
il)metano-diclorocobre(II) como catalizador para aminación oxidativa de ciclohexeno. Se
encontraron evidencias de reacción mediante cromatografía en placa delgada,
observando los mejores resultados cuando el disolvente utilizado fue 1,2-dicloroetano.
Palabras clave: Cobre(II) ; 3,5-dimetilpirazol; aminación oxidativa.
Tabla de contenido
41
Complejos de Pd (II) con ligandos tipo aminochalconas y su
evaluación en la reacción de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck
Fernando Cuenú Cabezasa*
, Rodrigo Abonia Gonzálezb.
a Laboratorio de Química Inorgánica y catálisis, Universidad del Quindío, Armenia, Colombia.
b Departamento de Química, Universidad del Valle, Cali-Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
Se sintetizaron cuatro piridilchalconas (E)-1-(2-aminofenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-ona
(1); E)-1-(2-aminofenil)-3-(piridin-2-il)prop-2-en-1-ona (2); (E)-1-(6-
aminobenzo[d][1,3]dioxol-5-il)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-ona (3); (E)-1-(6-
aminobenzo[d][1,3]dioxol-5-il)-3-(piridin-2-il)prop-2-en-1-ona (4), las cuales se coordinaron
a paladio, generando la formación de complejos diméricos del tipo [PdCl2(N-het)]2, los
cuales fueron caracterizados por análisis elemental, IR, IR-near, RMN, Fab-masas (+).
A todos los complejos se les realizó el test de la gota de Hg(0), para determinar la
homogeneidad de la reacción, encontrándose que ninguno de los catalizadores perdió
actividad catalítica, indicando que las reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck
se realizaban en fase homogénea y por lo tanto los ligandos son los responsables de la
actividad y selectividad de los catalizadores.
Los haluros de arilo utilizados fueron yodobenceno, 4-nitroyodobenceno, 4-
metoxiyodobenceno, bromobenceno, 4-bromotolueno, 2-bromotolueno, clorobenceno y
1,4-diclorobenceno; las olefinas utilizadas como sustratos fueron estireno y 2,3-
dihidrofurano (2,3-DHF).
Al realizar la reacción entre el 4-bromotolueno y estireno con los complejos [PdCl2(1)]2 y
[PdCl2(3)]2. Se encontró que el complejo con el ligante (1) presenta una mayor actividad
catalítica (TOF 125 h-1) y una alta selectividad hacia el (E)-1-metil-4-estirilbenceno
(94.3%), mientras que el complejo con el ligante (3) presenta una menor actividad (TOF
41,6 h-1) pero es regioselectivo hacia el hacia el (E)-1-metil-4-estirilbenceno (100% de
conversión).
En las reacciones de acomplamiento C- C con 2,3-DHF, se encontró que el 2-fenil-2,5-
DHF se isomeriza a 2-fenil-2,3-DHF, y esto se da porque la disociación de la olefina del
intermediario paladio(II)-H, no es suficientemente rápida, y por lo tanto, la migración del
doble enlace no puede ser evitada. Por lo tanto, el producto termodinámico es 2-fenil-2,5-
DHF y el cinético 2-fenil-2,3-DHF. Además, en las reaccines de acoplamiento C-C tipo
Heck, entre los haluros de arilo y 2,3-DHF se produce el compuesto 2,5- bis fenil-2,5-
DHF, que se genera al realizar una nueva reacción de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-
heck, sobre el compuesto 2-fenil-2,5- DHF.
42
En las reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck, utilizando ligantes
piridilchalconas, se realizaron estudios del efecto de la temperatura y las reacciones a 160
°C a pesar que aumentan la actividad no afectan la selectividad.
Palabras clave: Piridilchalcona; Paladio; Mizoroki-Heck; Iodobencenos; Estireno,
2,3-dihidrofurano
Tabla de contenido
43
Complejos diméricos tipo Ni[N(ArS2)]: modelo bio-mimético de
hidrogenasa.
Alexander Mondragón D.a, Ivan Castillo P.
b, Luis Norberto Benítez
a,*.
a Universidad del Valle, calle 13 No 100-00, Departamento de química, Santiago de Cali, Colombia.
b Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de química, Ciudad de México, México,
04510.
Email: [email protected],
Resumen
El níquel es un elemento esencial en muchos sistemas biológicos que participan en
reacciones redox, dichos sistemas revelan cualidades interesantes, que son atribuibles
principalmente a los ligantes auxiliares basados en tiolatos y que en la naturaleza son
proporcionados por residuos de cisteína. Para entender mejor cómo una esfera de
coordinación rica en donadores azufre facilita las transformaciones redox, se han invertido
considerables esfuerzos en el desarrollo modelos ricos en azufre que emulen el sitio
activo del cofactor [NiFe] en la hidrogenasa; dicha metaloenzima requiere cierto grado de
plasticidad electrónica para acceder a una variedad de estados redox en los centros de
níquel implicados, los cuales finalmente llevan a cabo la reducción catalítica de protones
para dar como resultado la producción de hidrogeno.
En este trabajo se pretende desarrollar modelos biomiméticos de la hidrogenasa, basados
en complejos diméricos tipo Ni[RN(MeArS)2]2. Las pruebas de reactividad de este complejo
de Ni2+ demostraron estabilidad frente a ácidos, y a la oxidación química del ligante
(propiedad que es muy necesaria para evitar la desactivación del sistema frente a las
condiciones de estudio catalítico); el análisis electroquímico revela que el ligante NS2
provee la plasticidad electrónica necesaria al complejo, evidenciada en la oxidación y
reducción reversible en dos electrones, generando las especies Ni3+-Ni3+ y Ni+-Ni+.
Adicionalmente se realizaron experimentos que confirman la reducción electrocatalítica de
protones en los centros de Ni2+; de este modo, los estudios de reactividad,
espectroscópicos y electroquímicos del complejo ponen en manifiesto su potencial
aplicación como catalizador en reacciones redox, además las propiedades estructurales
en estos nuevos sistemas metálicos, los validan como potenciales modelos bio-miméticos
y estructurales del cofactor NiFe de la enzima hidrogenasa.
Palabras clave: hidrogensa, complejos tipo pinza, ligantes azufrados,
electroquimica, potenciales redox
44
Tabla de contenido
45
Constante de equilibrio de la producción de acetato de nopilo
Eliana Paola Hurtado Burbanoa, Aída Luz Villa
b,*
a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El acetato de nopilo es ampliamente usado en la elaboración de lociones, perfumes,
cremas y productos para el aseo del hogar en general. Este compuesto se obtiene
industrialmente mediante la acetilación de nopol con anhídrido acético. Aunque el ácido
acético puede actuar como catalizador, su actividad para la reacción es muy baja dada su
naturaleza ácida débil. Ácidos minerales fuertes como H2SO4, HCl, and HI, han mostrado
ser efectivos para la esterificación de ácidos carboxílicos; el H2SO4, se ha reportado como
el más activo dada su densidad alta de sitios ácidos. En este trabajo se presenta la
esterificación de nopol con ácido acético para producir acetato de nopilo utilizando ácido
sulfúrico como catalizador; se determinó el efecto de la temperatura y el tiempo en la
conversión de ácido acético, con el fin de evaluar la conversión de equilibrio a varias
temperaturas.
La reacción se llevó a cabo en un balón de tres bocas de 25 mL, acoplado a un
condensador. Se utilizó 20 mL de solución 0.3 M de nopol (Boc sciences, 99.15%) en
tolueno (Panreac, 99.5%), una relación nopol:ácido acético (Merk, 99.5%) de 1:1 y 20 μL
de ácido sulfúrico (JT Baker, 97.99%); la temperatura se varió de 50 a 80˚C. Se tomaron
muestras de reacción hasta alcanzar la conversión de equilibrio, manteniéndose
constante el volumen de reacción mediante la adición de tolueno. La concentración de
ácido acético en la muestras se determinó mediante titulación con solución de NaOH 0.1
N utilizando un dosificador Dosimat 775.
46
Figura 1. Conversión de ácido acético en el tiempo para temperaturas entre 50 y 80˚C. 20
mL de solución 0.3 M de nopol en tolueno, relación nopol:ácido acético de 1:1 y 20 μL de
ácido sulfúrico
Al evaluar periodos cortos de reacción se encontró que durante las primeras 8 horas la
conversión para las temperaturas evaluadas fue muy similar, alcanzando en todos los
casos valores superiores al 40%, Figura 1. Se encontró que a mayor temperatura se
alcanza una mayor conversión de equilibrio y que al llevar a cabo la reacción a 50˚C, se
requirió mayor tiempo para alcanzar la conversión de equilibrio. La conversión de
equilibrio del ácido acético fue de 75% (Ke = 9) y 87% (Ke = 44.8) a 50°C y 80°C,
respectivamente. Es necesario utilizar mayores cantidades de catalizador para alcanzar
las conversiones de equilibrio en tiempos menores.
Palabras clave: acetato de nopilo; nopol; esterificación; catalizador homogéneo;
conversión de equilibrio.
Tabla de contenido
47
Decoloración de azul de metileno presente en agua, asistida por
titanocirconatos de estroncio y disprosio nonoestructurados.
Pilar Delgado N.*a, Fernando S. Ramos G
a, Brayan A. Blanco P.
a
a Universidad Libre de Colombia, Bogotá, Colombia,
Email:[email protected], [email protected],
Resumen
En este trabajo, se presenta el estudio de la actividad fotocatalítica titanozirconatos de
estroncio dopados con disprosio (SrDyZrTIO3), frente a la decoloración de azul de
metileno (C16H18ClN3S.2H2O) presente en agua con una concentración 20 mg/L. Los
fotocatalizadores se han sintetizados por método de química suave, más precisamente
por el método citrato, el cual ha permitido una conformación granular nanoestructurada
con tamaño de grano del orden de 50 a 100nm y un tamaño de cristal de 12 a 20 nm. La
suspensión de azul de metileno y de 1 mg de catalizador se ha puesto en contacto con la
radiación (λ> 398nm- 400nm posición equivalente al azul en el espectro visible
electromagnético) de 4 lámparas halógenas de 8W (TL`8W´ Philips®). La temperatura se
mantuvo constante (28°C) mediante refrigeración durante la reacción con el fin de evitar
calentamiento en la suspensión. La reacción fotocatalítica se evaluó tomando un conjunto
compuestos con concentración de dopante de 2, 3 y 9% atómico.
Las variaciones en la concentración del AM se supervisaron por espectroscopia IFRT y
de UV-vis en la longitud de onda de 665 nm. La actividad fotocatalítica en los diferentes
titanozirconatos de estroncio dopados con disprosio presenta una respuesta relacionada
con la concentración de dopante (lantánido), la serie de compuestos ha sido activa en la
decoloración del AM en un rango de 4 a 6 horas en función de la concentración de
dopante. Logrando una mayor remoción en los primeros 100 minutos del proceso
independiente de la concentración de lantánido.
48
Figura 1: Absorbancia en el sistema
SrDyZrTIO3 sistema SrDyZrTIO3 dopado al 3% atómico.
Figura 2. Fotoluminiscencia en el
SrDyZrTIO3 dopado al 3% atómico
La actividad fotocatalíticas de las perovskitas se ha relacionado a con las señales de
fotoluminiscencia y absorbancia (figuras 1 y 2) del conjunto de sólidos que se
caracterizan por presentar en mayor o menor medida una banda ancha ubicada en el
rango de 400 a 500nm, junto con la señal espectral originada de las transiciones
electrónicas que ocurren debido a transiciones electrónicas en el lantánido. La
fotoluminiscencia se ha asociado a los defectos en la red, y a la conformación de población de
clusters [TiO5-O…TiO5], [ZrO5-O-…ZrO5] responsables de atrapar electrones fotoinducidos,
de manera tal que la reacción fotocatalítica con las especies que están en contacto con el
catalizador sea más eficiente. Es así como durante el proceso de reacción fotocatalítica,
las vacantes de oxígeno y defectos pueden convertirse en centros de captura de huecos
fotoinducidos, de manera tal que la nueva combinación de electrones fotoinducidos y
huecos se inhibe.
Palabras clave: Nanoestructurado; perovskita; fotocatálsis; visible.
Tabla de contenido
49
Degradación de fenol bajo irradiación UV-Vis y visible proveniente
de luz solar y artificial usando fotocatalizadores Pt-TiO2.
Julie Murciaa,*, Jhonatan Guarin
b, Jairo Cubillos
c, Hugo Rojas
d.
a,b,c,d Grupo de Catálisis de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central
del Norte Tunja, Colombia.
Email: a,*
[email protected], [email protected],
c jacubil@gmailcom,
Resumen
Los compuestos fenólicos presentes en aguas de desecho provienen de diversas fuentes
industriales principalmente de la refinería de petróleo; este contaminante representa un
importante problema de salud pública, dada su capacidad carcinogénica y de alteración
mutagénica. La fotocatálisis heterogénea basada en TiO2 se presenta como una
alternativa eficiente y adecuada para el tratamiento de este tipo de compuestos. A pesar
de que el TiO2 es uno de los fotocatalizadores más empleados y estudiados gracias a sus
diversas ventajas dentro de las que se cuentan su estabilidad química, su economía y
fácil obtención, este material también presenta algunas limitaciones como su alta tasa de
recombinación del par electrón-hueco y su baja efectividad bajo luz visible. En el presente
trabajo se estudió la modificación de TiO2 a través de procesos sulfatación y platinizacion,
orientados principalmente a aumentar la fotoactividad de este material y a promover su
eficiencia bajo luz visible; se explora además la efectividad de los materiales obtenidos en
la fotodegradación de fenol usando como fuente de irradiación luz artificial y luz solar
directa.
El TiO2 de partida se sintetizó por el método sol-gel, por hidrólisis de tetraisopropoxido de
titanio en isopropanol, el sólido seco se modificó por inmersión en H2SO4 con posterior
calcinación a 650°C. El platino se fotodepositó sobre el dióxido de titanio sulfatado (S-
TiO2) usando H2PtCl6 como precursor metálico y una lámpara con un espectro similar al
del sol.
Los materiales sintetizados se caracterizaron ampliamente usando diferentes técnicas de
análisis. Los resultados de Difracción de rayos X mostraron que el catalizador TiO2 sin
modificar presenta una mezcla de la fase anatasa y rutilo; el porcentaje de la fase
cristalina anatasa en los materiales S-TiO2 y Pt-S-TiO2 es del 99% con un tamaño de
cristalito de anatasa de aproximadamente 20 nm. Por Fluorescencia de rayos X se
encontró que el porcentaje de Pt sobre la superficie del TiO2 en el material Pt-STiO2 está
por debajo del valor teórico correspondiente a 0.5 w.t %, evidenciando una reducción
incompleta del metal sobre el soporte.
50
El análisis por Reflectancia difusa permitió determinar que el catalizador Pt-S-TiO2
absorbe en la región UV- Vis y Visible del espectro electromagnético a diferencia de los
catalizadores bare-TiO2 y S-TiO2 que solo absorbe en la región Ultravioleta del espectro.
Se encontró también que la sulfatación permite aumentar el área suerficial del TiO2,
favoreciendo su actividad catalítica. Finalmente, por microscopia electrónica de
transmisión se observó que el platino posee un tamaño promedio de 5 nm y una
distribución uniforme sobre la superficie del TiO2.
En el trabajo realizado bajo luz artificial se encontró que la sulfatación y la platinización
son tratamientos que permiten aumentar de manera significativa la eficiencia del TiO2 en
la reacción de degradación de fenol, siendo el fotocatalizador Pt-S-TiO2 el más activo.
Dada la eficiencia de este material se ensayó en la degradación de fenol bajo luz solar
directa en condiciones ambientales de la ciudad de Tunja – Boyacá – Colombia, cuya
intensidad de la luz promedio es de 25 W/m2 bajo las condiciones de trabajo empleadas.
Como se puede observar en la figura 1, el material analizado resulta activo bajo luz solar
directa. Los resultados obtenidos permiten abordar la etapa inicial para el diseño de un
planta piloto para tratamientos fotocatalíticos en la región.
Figura 1: Velocidad de degradación de fenol bajo luz solar.
Palabras clave: Pt-S-TiO2; Fenol; fotodegradación; luz solar; UV-Vis; Visible.
Tabla de contenido
51
Degradación de bifenilos policlorados (PCB´s) utilizando
hidrodeclorinación catalítica con carburos metálicos
Aranys Borjaa, Lesly Carmona
b, Esneyder Puello
c*.
a,b,c Línea de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico, Facultad de Ciencias Básicas,
Universidad del Atlántico, A.A. 1890, Antigua vía Puerto Colombia Km 7, Colombia.
Email: a [email protected],
Resumen
Se obtuvieron carburos metálicos a partir de los heteropolioxometalatos tipo Anderson de
(NH4)4[NiMo6O24H6].5H2O, (NH4)4[NiW6O24H6].5H20 y (NH4)4[NiMo3W3O24H6].5H2O sin
soportar y soportados en γ-Al2O3, denominados respectivamente fases de NiMo6, NiW6 y
NiMo3W3, obteniéndose así los catalizadores carburados de NiMo6C, NiMo6C/γ-Al2O3,
NiW6C, NiW6C/γ-Al2O3, NiMo3W3C y NiMo3W3C/γ-Al2O3. Los cuales posteriormente se
sometieron a evaluación catalítica en la reacción de hidrodeclorinación de bifenilos
policlorados (PCB’s). Se utilizó para la reacción una mezcla del Aroclor 1232 y el Aroclor
1260. Los catalizadores utilizados en la reacción de hidrodeclorinación se activaron con
un flujo entre 70-80 mL/min de H2 y una mezcla de CS2 (0,5%p/p)/H2 a 300°C, la reacción
se llevó a cabo a 250 °C, a un flujo entre 70-80 mL/min de H2 y presión atmosférica. Los
precursores oxídicos y los carburos de (NH4)4[NiMo6O24H6].5H2O, (NH4)4[NiW6O24H6].5H20
y (NH4)4[NiMo3W3O24H6].5H2O soportados en alúmina y sin soportar se caracterizaron
mediante técnicas fisicoquímicas como Difracción de Rayos-X, Espectroscopia Infrarroja
y análisis de Área Superficial Específica. Esto permitió confirmar la obtención de las fases
tipo Anderson y la formación de las fases cristalinas representativas para cada carburo
obtenido.
Los análisis de área específica, volumen y radio de poro de los precursores oxídicos:
NiMo6 (6 m2/g; 0,0033 cm3/g; 9 nm), NiMo3W3 (4 m2/g; 0,0053 cm3/g; 12 nm), NiMo6/γ-
Al2O3 (61 m2/g; 0,18 cm3/g; 8,9 nm), NiWo6/γ-Al2O3 (55 m2/g; 0,14 cm3/g; 8,9
nm), NiMo3W3C/γ-Al2O3 (35 m2/g; 0,11 cm3/g; 9,3 nm), las fases carburadas: NiMo6C (4
m2/g; 0,025 cm3/g; 14 nm), NiMo6C/γ-Al2O3 (73 m2/g; 0,24 cm3/g; 11,2 nm), NiW6C/γ-Al2O3
(60 m2/g; 0,20 cm3/g; 11,2 nm), NiMo3W3C (3 m2/g; 0,0009 cm3/g; 10 nm), y NiMo3W3C/γ-
Al2O3 (42 m2/g; 0,13 cm3/g; 10,8 nm) y la alúmina (γ-Al2O3) (109 m2/g; 0,34 cm3/g; 9,6 nm)
demostraron la obtención de materiales mesoporosos con diámetros de poros en el rango
entre 2-50 nm. De las seis fases tipo Anderson carburadas las que presentaron mayores
valores de área específica fueron las soportadas en γ-Al2O3 con valores entre 42 y 73
m2/g. El análisis de Área Superficial Específica por fisisorción de nitrógeno demostró que
52
los precursores y las fases carburadas soportadas sobre γ-Al2O3 y sin soportar poseen
isotermas de absorción tipo IV característico de materiales mesoporosos.
Mediante los análisis de Espectroscopia Infrarroja se identificaron grupos funcionales
característicos de las fases obtenidas, demostrando la presencia de grupos
característicos de la γ-Al2O3 en los carburos soportados en este material. Los análisis de
Difracción de Rayos-X de los sólidos demostró la formación de carburos metálicos en las
fases tipo Anderson carburadas, excepto el NiW6 que no logró formar efectivamente su
fase carburada, mientras que las fases NiMo6 y NiMo3W3 demostraron obtener un mayor
grado de transformación estructural después del proceso de carburación, permitiendo la
formación de las diferentes fases cristalinas de los respectivos carburos. Se demostró la
formación de Mo2C, NiC en la fase de NiMo6C, la obtención de Mo2C, NiC, W2C y WC en
NiMo3W3C y NiMo3W3C/γ-Al2O3, por último se confirmó la presencia de W2C y WC en
NiW6C/γ-Al2O3. Además se confirmó la presencia de la γ-Al2O3 en los carburos soportados
en este material.
Se demostró que los seis carburos obtenidos son activos para la reacción de
hidrodeclorinación de PCB’s. Se comprobó que los carburos obtenidos a partir de
heteropolioxometalatos tipo Anderson son una buena alternativa para la reacción de
hidrodeclorinación catalítica de PCB’s, llegándose a obtener porcentajes de conversión de
cloro hasta del 99 % después de dos horas de reacción, siendo el NiMo6C/γ-Al2O3 el
sólido que presento mayor actividad catalítica en comparación con los demás materiales
obtenidos, con un porcentaje de conversión del 99,91 en dos horas de reacción. La
actividad catalítica manifestó tener el siguiente orden: NiMo6C/γ-Al2O3 (99,91%)> NiMo6C
(99,76%)> NiMo3W3C/γ-Al2O3 (99,23%)> NiW6C (98,66%)> NiW6C/γ-Al2O3 (97,53%)>
NiMo3W3C (88,46%).
Palabras clave: Bifenilos policlorados; hidrodeclorinación;
carburos; heteropolioxometalatos.
Tabla de contenido
53
Degradación de soluciones de diclofenaco comercial mediante
fotocatálisis heterogénea asistida con sensibilización de rojo de
metilo
Jennyfer Díaz-Anguloa, Miguel Angel Mueses
b*, Fiderman Machuca-Martínez
a
a Grupo de Investigación GAOX, Escuela de ingeniería química, Universidad del Valle, A.A. 25360,
Cali-Colombia. b Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación,
MAOT’s, Departamento de ingeniería química, Universidad de Cartagena, A.A. 1382 Postal 195,
Cartagena-Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El presente trabajo está enfocado en la degradación fotocatalítica de diclofenaco
comercial para evaluar el efecto de rojo de metilo como agente sensibilizador, utilizando
dióxido de titanio Degussa P-25 como catalizador.
Las pruebas se llevaron a cabo a escala piloto en reactores CPC, empleando radiación
solar. Se varió la concentración de rojo de metilo en (0, 2 y 6 ppm) mientras que la carga
de catalizador y contaminante se fijó en 0.3 g/L y 20 ppm respectivamente.
Un aspecto relevante durante la operación es la concentración de oxígeno en el reactor,
puesto que limita la formación de radicales hidroxilos y por ende la eficiencia global de
degradación, por tanto se realizó una prueba agregando aire al tanque del reactor por
medio de un compresor.
Se compararon la concentración de oxígeno para un reactor con y sin introducción
de aire en el tanque, y aunque las diferencias encontradas no se consideran
apreciables, debido a que la variable que influye directamente en la concentración de
oxígeno en el reactor es la temperatura, si hubo un cambio significativo en el valor del pH.
El reactor al que se le agrego aire tuvo un comportamiento más básico durante toda la
prueba, con respecto al que no tenía una concentración extra de aire, por lo cual se
infiere que pequeñas cantidades de oxigeno generan una mayor producción de radicales
hidroxilos lo cual elevaron el pH dentro del reactor.
La evaluación del efecto sensibilizador se realizó variando la concentración de tinta, en
un nivel bajo (2ppm), alto (6 ppm) y en ausencia de esta. Se encontró que la mejor
degradación fue de 84.4%, utilizando 2 ppm de rojo de metilo mientras que para 6 ppm
fue de 65.4% y en ausencia del colorante se logró 72.65%.
54
Al utilizar 6 ppm de concentración el colorante no logro adsorberse lo suficiente en las
partículas de catalizador por lo cual disminuyo su eficiencia sensibilizante y paso a
convertirse en una sustancia más a degradar, compitiendo con el diclofenaco, esto explica
porque se logró mayor degradación del sustrato en ausencia del colorante.
Palabras claves: sensibilización; rojo de metilo; diclofenaco; fotodegradación.
Tabla de contenido
55
Desarrollo de mesoporos en zeolitas USY por medio de
tratamiento amoniacal
Jhon Anderson Aragona.
a Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 11001.
Email: a [email protected]
Resumen
El procesamiento de cargas pesadas y extra pesadas por cracking catalítico (FCC) e
hydrocracking, para la producción de combustibles líquidos, está limitado por el tamaño
de los poros de la zeolita Y. Los poros de las zeolitas que resisten las condiciones de los
procesos son pequeños en comparación con las moléculas que actualmente se deben
transformar; esto genera baja velocidad de difusión dentro del catalizador y pérdida de la
selectividad. La introducción controlada de mesoporos en la estructura de la zeolita Y
puede mitigar los anteriores fenómenos.
Entre las diversas maniobras para introducir mesoporos en la estructura, la estrategia
post-síntesis por tratamiento alcalino asistido con un template como molécula director de
la mesoporosidad presenta ventajas. El estudio aquí reportado se realizó sobre zeolitas
USY utilizando dos templetes y cinco concentraciones de amoniaco. Se
obtuvieron resultados positivos para la creación de mesoporos intracristalinos en las
zeolitas USY, con distribución de tamaño de poro bien definida, sin pérdida significativa de
la microporosidad o de la cristalinidad.
Palabras clave: Zeolita USY; Amoniaco; Mesoporosidad.
Tabla de contenido
56
Desvulcanización del caucho de neumáticos
descartados, aplicando solvente xylol asistido con microondas
Brando Martínez-Hernándeza, Daniel Viola-Jimenez
b*, Santander Bolívar-Solano
c, Esneyder
Puello Polod.
a,b,c,d Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La Desvulcanización Asistida por Microondas es una de las alternativas de regeneración
de cauchos vulcanizados que ha mostrado ventajas comparativas con respecto al resto de
técnicas regenerativas, el proceso utiliza una cámara generadora de microondas en la
cual se emiten ondas electromagnéticas hacia la matriz del material vulcanizado que se
va a regenerar, esta emisión provoca la excitación de los enlaces tridimensionales C-S y
S-S, su posterior ruptura y deja intacta la cadena principal del polímero. El principal
problema que ha surgido de esta técnica es que el material que se va a desvulcanizar
debe ser lo suficientemente polar como para que las microondas puedan incidir lo
suficiente en el material y de esta forma se pueda llevar a cabo el proceso; Por esta razón
lo que se plantea es la utilización de un agente altamente afín al azufre en este caso una
mezcla de Xilenos ( “XILOL”), por ende, si ambos se colocan en solución y en presencia
de un campo electromagnético se podría generar un efecto sinérgico que podría inducir la
polarización del material y a su vez permitir una ruptura de los enlaces característicos ya
mencionados de una manera efectiva, y al final obtener un material con características
similares a su estado antes de ser vulcanizado. Actualmente, solo se han podido llevar a
cabo las pruebas preliminares que en general tienen como objetivo obtener el tiempo y
concentración optima de Xilol/caucho en el proceso. En cada ensayo las muestras se
someten al proceso asistido por microondas a una frecuencia estándar de 2450MHz y una
potencia de 700W bajo agitación mecánica continua. Solo se pudieron analizar las fases
liquidas de las soluciones por un método convencional de Espectroscopia UV para
estimar indirectamente el contenido de especies de azufre midiendo el grado de
absorbancia en cada una de las fases liquidas de cada una de las soluciones obtenidas,
se elige un intervalo de longitud de onda entre 200 y 360nm. Al final se obtuvieron los
siguientes resultados:
57
Al final, basado en los resultados obtenidos, se puede dilucidar que se esta realizando la
remoción de una forma alotrópica del azufre elemental ya que en todos los ensayos se
obtienen espectros casi iguales en cuanto a forma, longitud de onda inicial y final (285nm
– 360nm) a soluciones patrón preparadas con Xilol y azufre elemental comercial, por lo
que se podría pensar que, muy probablemente, es el espectro correspondiente al tipo de
azufre presente en los entrecruzamientos de las cadenas poliméricas, entonces, se podría
afirmar que el proceso cumple con la desvulcanización planteada; además, cabe resaltar
que las soluciones patrón fueron preparadas con la máxima cantidad de azufre que podría
estar presente en el caucho, sabiendo esto y las absorbancias máximas, se estima que se
pudo remover aproximadamente un 75% del azufre presente en los entrecruzamientos de
las cadenas poliméricas del caucho.
Palabras clave: desvulcanización; microondas; entrecruzamientos; absorbancia;
alotropía.
Tabla de contenido
58
Determinación de la cinética de reacción en la mineralización
fotocatalítica solar de compuestos orgánicos en reactores de
película descendente
Deyler Castilla-Caballeroa, José Colina-Márquez
b, Fiderman Machuca-Martínez
c*
a,c Universidad del Valle, Cali, Colombia. Código postal: 740034.
b Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia. Código postal: 130001.
Email: [email protected],
Resumen
En este trabajo, se estimaron las constantes cinética y de adsorción, correspondientes al
modelo Langmuir-Hinshelwood modificado, en reactores fotocatalíticos solares de película
descendente, aplicados en la mineralización de sustancias orgánicas. Posteriormente se
simuló el proceso de mineralización considerando las condiciones de operación del
reactor solar a escala piloto. Como contaminante modelo se empleó fenol, el cual es un
compuesto orgánico altamente tóxico, presente a nivel mundial en las aguas residuales de
la industria petroquímica, farmacéutica, entre otras. El catalizador empleado fue el TiO2
Aeroxide P25. Basados en trabajos previos llevados a cabo con reactores tipo CPC, y
considerando el pH inicial y la carga de catalizador como las variables más influyentes en
la degradación fotocatalítica, se realizaron cuatro ensayos variando la carga de TiO2 a un
pH inicial de 3,7. La concentración de contaminante para todos los casos fue de 200 ppm,
y los valores de concentración de catalizador fueron 0,5, 1,0, 1,5 y 2,0 g/L,
respectivamente. Se tomaron muestras al inicio y al final de cada experimento para medir
el TOC y determinar el porcentaje de mineralización en cada caso con el fin de encontrar
la carga más favorable para el proceso de mineralización fotocatalítica. En nuestro caso,
esta carga más favorable fue de 2.0 g/L y las pruebas experimentales para encontrar las
constantes del modelo L-H se llevaron a cabo a esta condición de carga de catalizador.
Una vez se estandarizó el tiempo tomando como base un flujo de radiación UV de 30
W/m2 y ajustando los parámetros del modelo L-H usando la linealización de los datos
obtenidos experimentalmente, se obtuvieron las constantes de este modelo cinético. A
partir del modelo ajustado, se realizaron simulaciones del proceso con diferentes cargas
de catalizador para comparar estos resultados con los obtenidos en los ensayos
experimentales. Con una prueba de validación, se encontró que empleando una carga de
catalizador aún mayor (3 g/L), se obtiene una mayor mineralización del contaminante. En
comparación con lo reportado en la literatura con reactores tubulares (0,2 – 0,5 g/L), cuyo
59
camino óptico es mayor que el de la placa plana, las cargas de catalizador en un placa
plana pueden ser mayores debido a que el efecto del apantallamiento no es tan
significativo en los reactores de película descendente.
Palabras clave: Langmuir-Hinshelwood; SFM; película descendente; TiO2; LVRPA.
Tabla de contenido
60
Determinación del modelo cinético para la degradación de Azul de
Metileno con Dióxido de Titanio Hombitan afdc e171.
Resumen
61
Tabla de contenido
62
Efecto de la modificación con Al y Al-Zr sobre la acidez de
minerales arcillosos colombianos: estudio comparativo entre
bentonita y vermiculita
Jahaziel Amaya Bayonaa, Mónica Muñoz
b, Sonia Moreno
c, Rafael Molina
d*.
a,b,c,d Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA) Departamento de Química, Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional de Colombia, Kra 30 N°45-03 Bogotá Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Durante las últimas dos décadas el estudio de arcillas naturales como precursoras de
catalizadores se ha enfocado en la modificación de su estructura para dar origen a
materiales con propiedades muy promisorias en catálisis acida. En efecto, una de las
características más llamativas es su naturaleza ácida, que aunque depende del tipo de
material, puede ser modulada mediante técnicas como la pilarización, delaminación y la
incorporación de metales con carácter ácido. En dicho contexto, trabajos previos han
reportado la modulación de acidez en montmorillonitas y vermiculitas suficientemente
caracterizadas y evaluadas en reacciones de hidroisomerización.
El presente trabajo centra su atención en un estudio comparativo de las propiedades
ácidas para dos tipos de montmorillonitas, una proveniente del valle del Cauca (MV) y la
otra de Lérida (ML) y una vermiculita comercial de Santa Marta (V), modificadas vía
proceso de pilarización con especies de aluminio y aluminio-circonio. La síntesis y
caracterización de los minerales (tabla 1) (difracción de rayos X (DRX), isotermas de
adsorción de N2, capacidad de intercambio catiónico (CIC), desorción de amoniaco a
temperatura programada (TPD-NH3) y espectroscopía infrarroja con molécula sonda) ha
sido reportada previamente. Con base en dicha información se puede establecer un
paralelo entre las propiedades intrínsecas y el efecto de las modificaciones sobre la
acidez del material.
Así, los materiales sin modificar exhiben una acidez intrínseca como consecuencia de las
sustituciones isomórficas del Al3+ por Si4+ en las capas tetraédricas, las cuales generan un
exceso de carga negativa que se compensa, ya sea captando iones H+ (sitios Brönsted,
B) o mediante la desprotección de algunos cationes (sitios ácidos de Lewis, L). La V
también presenta sustituciones isomórficas del Mg2+ y Fe2+ por el Al3+ de la capa
octaédrica, lo que se traduce en la creación de más sitios potencialmente ácidos en
comparación con MV y ML. Sin embargo, la menor acidez registrada para la V (Tabla 1)
se debe al difícil acceso del NH3 (molécula sonda) a los sitios ácidos del material,
63
ubicados preferentemente en el reducido espaciado interlaminar y con alta densidad de
carga de este mineral (ver valores d001 y CIC). No existen diferencias significativas en la
acidez natural de los dos tipos de Montmorillonitas.
Propiedades fisicoquímicas de los sólidos estudiados.
Sólido d
(001)
CIC Área
(m2/g)
Relación
B/L
Acidez total
(mmol NH3 *100
g-1
)
Montmorillonita del Valle del
Cauca (MV)
14,8 70 52 3,3 30
MV-Pilarizada con aluminio 17,7 16 181 2,3 38
MV-Pilarizada con aluminio-
Zirconio
17 18 171 1,8 41
Montmorillonita de Lérida (ML) 14,1 55 24 1,3 26
ML-Pilarizada con aluminio 17,2 14 … 3,1 34
ML-Pilarizada con aluminio-
Zirconio
16,7 12 140 1,2 34
Vermiculita (V) 10,2 95,4 4 … 17,3
V-Pilarizada con aluminio 18,2 34,4 243 1,3 44,95
V-Pilarizada con aluminio-
Zirconio
17.8 22 141 1,7 136,1
Teniendo en cuenta que la pilarización genera la apertura de las láminas del mineral,
incrementa la microporosidad y el acceso a los sitios ácidos de los materiales, los valores
del d001, área BET y acidez total de los sólidos modificados evidencian que la pilarización
fue exitosa. Cabe anotar que para pilarizar la V se llevó a cabo un pretratamiento para
disminuir la carga interlaminar de ésta. La incorporación de pilares de Al incrementa
notablemente la acidez y cambia la naturaleza de los sitios ácidos de la arcilla natural. En
este sentido, es evidente que tras el proceso de pilarización, la acidez intrínseca de la V
se pudo potenciar superando 1,2 y 1,3 veces la acidez de las MV y ML pilarizadas. Se ha
reportado que la inclusión de pilares de Zr incrementa el número de sitios ácidos tipo
Lewis y que un pilar mixto de Zr-Al además de esto exhibe una mayor estabilidad térmica.
En ese sentido, los materiales modificados con Al-Zr evidencian el incremento de la
acidez total y, por ejemplo, para las montmorillonitas se aprecian el aumento significativo
de los sitios Lewis (disminución del valor B/L). Es notable que la incorporación del pilar Zr-
Al en la V potencia la acidez total del mineral. Es probable que tras el proceso de
introducción de este pilar, muchos de los sitios ácidos iniciales de la V hayan quedado
expuestos y más reactivos en el material.
Palabras clave: Acidez, pilarización, Montmorillonita, Vermiculita.
64
Tabla de contenido
65
Efecto de la modificación superficial de TiO2 comercial por adiciòn
de F sobre su actividad fotocatalítica en la degradación de
colorantes.
Carolina Cely*a, Julie Murcia
b, Hugo Rojas
c, Jairo Cubillos
d.
a Grupo de Catálisis GC-UPTC de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Av
central norte, Tunja, Colombia.
Email: * [email protected];
Resumen
Los procesos avanzados de oxidación (PAO) han sido propuestos como métodos
alternativos para la purificación de agua. Se ha mostrado que muchos semiconductores,
como el dióxido de titanio (TiO2), cuando adsorben un fotón con igual o mayor energía
que la que presenta en Band gap, un electrón de la banda de valencia se desplaza a la
banda de conducción, entonces el electrón y el hueco positivo generado emigran a la
superficie del catalizador, en donde participan en reacciones oxido-reducción con las
especies adsorbidas, llevando a éstas a la degradación y en ocasiones a su completa
mineralización. El interés que ha despertado la fotocatálisis heterogénea usando TiO2 está
relacionada con el hecho de que el proceso de degradación de compuestos orgánicos se
puede llevar a cabo a condiciones suaves de reacción, no requiere oxidantes costosos y
el catalizador es económico, no es tóxico y se activa con la luz UV. En este trabajo se
reporta la actividad fotocatalítica de TiO2 (Degussa P25) y sus modificaciones
superficiales por efecto de adición de flúor (F-TiO2), y adición de metales como el platino
Pt-F-TiO2 en la degradación de azul de metileno.
Modificación del TiO2 por Fluorización: se prepararo una suspensión del TiO2 en una
solución de NaF. Esta suspensión se llevó a pH 3 para maximizar la adsorción de flúor y
se agito durante 1h. Al cabo de este tiempo el sólido se recuperó por filtración y fue
secado, durante 12 horas. El material obtenido se sometió a calcinación en aire a 650 ºC
durante 2 h.
Fotodeposición de Platino: Se llevó a cabo la fotodeposición de Pt sobre el óxido
modificado por fluorización. La fotodeposición de Pt se realizó por iluminación de una
suspensión del TiO2 en agua destilada e isopropanol (como donador de electrones),
adicionando cantidad adecuada del precursor metálico (H2PtCl6) para obtener contenidos
de Pt de 0.5 %, respecto al peso total de óxido. La síntesis se realizó bajo flujo continuo
de nitrógeno, para asegurar una atmósfera reductora.
66
Estos sistemas fotocataliticos sintetizados se caracterizaron para determinar sus
propiedades fisicoquímicas. Para llevar a cabo esta caracterización se usarán diversas
técnicas como Difracción de rayos-X, Espectroscopia infrarroja (FTIR), Espectroscopia
UV-vis de reflectancia difusa, Microscopías Electrónica de Barrido (FESEM) y de
transmisión (TEM), Adsorción-desorción de N2 y Espectroscopia fotoelectrónica de rayos-
X (XPS).
El TiO2 presento una energía de Band gap (Eg) de 3.23 eV, la introducción de ión fluoruro
en la TiO2- modifico la Eg de 3.24 eV y para el Pt-F-TiO2 es de 3,23 eV, esto sugiere que
los iones fluoruro modificaron la estructura del dióxido de titanio a niveles de la banda de
energía. En la evaluación de la actividad catalítica de cada uno de los catalizadores en la
degradación de MB, se encontró que la adicción de flúor favorece la degradación del MB.
Con el catalizador F-TiO2 se alcanzó un porcentaje de degradación del 95% y el
catalizador Pt-F-P25 presento un porcentaje del 98% en la degradación del MB con un
tiempo de reacción de 2h.
Por otra parte, la presencia del flúor en la TiO2, tiene un efecto benéfico sobre la
degradación del MB. Debido a que el flúor promueve la estabilización de la estructura
anatasa y un incremento importante sobre el área específica de los catalizadores. La
degradación con el catalizador Pt-F-TiO2 fue mayor. Debido a que el Pt aumenta la
velocidad de transferencia de electrones para el oxidante y actúa como el sitio activo.
Palabras clave: Fotocatálisis; Azul de metileno (MB); Proceso de oxidación
avanzada (AOP); F-TiO2.
Tabla de contenido
67
Efecto de las fases oxídicas (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O y NiMoO4
soportadas sobre alúmina en la hidrodesulfuración de tiofeno y
LCO (light cycle oil).
Mónica Ayala Ga,c
, Esneyder Puello Pa*, Gerardo González
b, Patricia Quintana
c.
a. Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Programa de
Química-Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Barranquilla-Colombia. b.
Universidad de Guanajuato (México). c.
Laboratorio Nacional de Nano y Biomateriales del CINVESTAV del IPN unidad Mérida (México).
Email: a*
[email protected], [email protected],
Resumen
La reciente legislación medioambiental limita la cantidad de azufre presente en el petróleo
y fracciones de diésel a menos de 50ppm, lo cual representa un desafío para las
refinerías impulsando el interés en el desarrollo de nuevos catalizadores o mejorar las
propiedades de los existentes para hacerlos altamente reactivos en hidrodesulfuración.
Generalmente la preparación de estos catalizadores se basa en la impregnación de
alúmina con soluciones de Mo y Ni (simultáneamente o sucesivamente). Los catalizadores
obtenidos presentan grandes actividades a relaciones metálicas entre (M/(M+Mo)= 0,25-
0,24; esto se debe principalmente a las propiedades del soporte, siendo la alúmina la más
utilizada por las excelentes propiedades mecánicas y texturales. Durante los últimos, el
uso de heteropolioxomolibdatos ha demostrado ser una ruta nueva de síntesis, siendo así
una alternativa eficaz e interesante para la síntesis tradicional bimetálica, que permite
suprimir pasos en la preparación, como lo es la calcinación, requiriendo así una
impregnación y un solo paso de secado, con el fin de preservar la estructura y evitar la
formación de especies inactivas. En este trabajo se realizó un estudio comparativo del
performance en hidrodesulfuración de catalizadores preparados con polioxomolibdatos
tipo Anderson y molibdato soportados, respectivamente.
La fase tipo Anderson (NH4)4[NiMo6O24H6]•7H2O se obtuvo por precipitación de soluciones
acuosas teniendo en cuenta el método empleado por Nomiya et. al.[16]. Los catalizadores
soportados sobre alúmina se obtuvieron por un solo paso de co-impregnación, a
concentración deseada (15%p/p Mo), ya sea utilizando el polioxoanión tipo Anderson o el
molibdato. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados por propiedades específicas, DRX,
IR, RMN y DRS UV-vis. La actividad HDS se realizó en un reactor de flujo continuo y
lecho fijo a 400°C y presión atmosférica con una carga de tiofeno (2.27vol%)/H2, y alta
presión con light cycle oil. En la Tabla 1 se observa que el polioxoanión soportado
68
presentó áreas específicas y volumen de poros mayor que el sólido por el molibdato
soportado, este comportamiento podría ser debido a la disposición estructural de este
sobre la superficie o dispersión. Asimismo, las relaciones metálicas cumplen con lo
propuesto en la síntesis aplicada. Las actividades catalíticas en hidrodesulfuración de
tiofeno y light cycle oil resultaron mayores para el polioxoanión Anderson soportado que
para el molibdato. Este comportamiento catalítico se correlacionó con las propiedades
texturales, el tipo de precursor oxídico y la relación metal: azufre. El estudio de 27Al RMN y
DRS demostraron que la síntesis para el polioxoanión tipo Anderson soportado presentó
muy baja cantidad de aluminatos que el obtenido por la síntesis de molibdatos.
Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas de los sólidos NiMo/Al2O3 preparados por los
MSPOM y MSBT.
Síntesis Propiedades
Texturales % p/p ICP
% conv. HDS
tiofeno
% conv.
HDS LCO
molibdato
soportado
SBET (m2/g) 265 Mo=
11,0
Ni/Mo
56
22
7,0 rp (nm) 1,2
Ni=
1,0 Vp (cm3/g) 0,15
polioxoanión
soportado
SBET (m2/g) 325
Mo=
13
Ni/Mo
83
43
6,1 rp (nm) 1,2
Ni=
1,3 Vp(cm3/g) 0,27
ɣ-Al2O3 = 328 m2/g; rp = 4,6nm; Vp=0,38 cm3/g
Tabla de contenido
69
Efecto de la pilarización y la delaminación sobre las propiedades
estructurales y texturales de una esmectita colombiana
Juan Carlos Cortés
a, Rafael Molina
b, Sonia Moreno
c,*
Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Química, Grupo de Estado Sólido y Catálisis
Ambiental (ESCA), Bogotá, Colombia, Av. Kr 30 #45-03.
Email: [email protected],
Resumen
Los minerales arcillosos son materiales potenciales para la obtención de soportes y
catalizadores, debido a sus propiedades fisicoquímicas y bajos costos. La modificación de
estos minerales se realiza mediante dos metodologías ampliamente conocidas: la
pilarización y la delaminación. En la primera, se realiza un intercambio con
polihidroxocationes inorgánicos de mayor tamaño (ion Keggin) que, tras una calcinación,
incrementan el espaciado interlaminar del mineral y generan especies oxídicas altamente
distribuidas y estabilizadas que dan lugar a una nueva estructura porosa y a sitios activos
particulares. De otro lado, en la delaminación o pérdida de la organización laminar tipo
cara-cara, se emplean diferentes tipos de tensoactivos y soluciones modificantes de
varios metales bajo la acción de radiación microondas para formar materiales de tipo
mesoporoso con elevada área superficial y altas dispersiones de las fases activas que
pueden ser incorporadas posteriormente vía impregnación.
Este trabajo recoge una serie de sólidos modificados en diversos trabajos del grupo ESCA
y compara el efecto que tiene la aplicación de la pilarización con Aluminio en presencia de
diferentes parámetros de síntesis (ultrasonido (US), sonotrodo, microondas (MW)) y la
delaminación con tensoactivos no iónicos (óxido de polietileno (POE), y alcohol polivinílico
(PVA)) sobre las propiedades estructurales y texturales de una esmectita colombiana
(M62), con el fin de evidenciar la influencia directa que tiene el método de modificación en
la obtención de soportes catalíticos con usos versátiles que requieran micro o
mesoporosidad. Se emplearon las técnicas de Difracción de Rayos X (DRX),
Fluorescencia de rayos X (FRX), sortometría con N2 y análisis térmico diferencial y
termogravimétrico para caracterizar los materiales modificados.
Como se puede apreciar en la Tabla 1, el cambio en los valores de la relación Si/Al, la
distancia interplanar d(001) y los parámetros texturales, evidencian la exitosa modificación
del mineral natural.
70
Es importante señalar las diferencias entre los diversos materiales pilarizados en función
de los cambios involucrados durante la síntesis (presencia de US, MW, etc). De otro lado,
sin importar la metodología, los soportes sintetizados exhiben áreas específicas muy
superiores a las del mineral de partida. No obstante, existe una diferencia notable en
cuanto a la naturaleza textural del soporte final; con la pilarización se destaca el carácter
microporoso y con la delaminación el mesoporoso, conservando en ambos casos, la
forma del poro tipo rendija. El incremento del volumen de microporo favorece la difusión
de especies hacia las cavidades interlaminares mejorando su uso como soporte o
catalizador, para reacciones que no requieran temperaturas superiores a los 600 °C en las
estructuras pilarizadas, debido a que el material puede colapsar. Por el contrario, los
materiales delaminados exhiben una elevada estabilidad térmica.
Palabras clave: Mineral Arcilloso, Pilarización, delaminación, porosidad.
Tabla de contenido
71
Efecto de las propiedades texturales del TiO2 en la
funcionalización con un complejo dioxo-Molibdeno
Henry Martínez Quiñoneza*, Edgar Páez Mozo
b, Fernando Martínez Ortega
c
a,b,c Cicat, Escuela de Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Los complejos de dioxomolibdeno soportados en el TiO2 son capaces de promover la
oxidación selectiva de arilalcanos y olefinas empleando oxígeno molecular y radiación UV-
Vis. Sin embargo, la concentración del complejo soportado tiende a ser baja, lo que afecta
consecuentemente su actividad. Dicho anclaje de los complejos de Mo se lleva a cabo a
través de los grupos hidroxilo superficiales del TiO2, por lo tanto, la cantidad de complejo
soportado depende de la concentración, distribución y accesibilidad de los grupos –OH,
que a su vez dependen del método de preparación del soporte. En el presente trabajo se
estudió la influencia de la densidad de grupos hidroxilo de diferentes tipos de TiO 2 en el
anclaje covalente del complejo dioxo-dicloro-(2,2’-bipiridina-4,4’-dicaboxilato). El sistema
híbrido MoO2/TiO2 fue evaluado en la oxidación selectiva del α-pineno con oxígeno
molecular y radiación UV-Vis.
El estudio se realizó con diferentes soportes de TiO2, con propiedades texturales y
cantidad de grupos hidroxilo variables. La cantidad de grupos hidroxilo totales fue
determinada mediante análisis termogravimétrico. La naturaleza de los grupos –OH
(aislados, geminales y puente) fue observada por espectroscopía de infrarrojo
fotoacústico y densidad de afinidad protónica. Un método químico fue utilizado para
determinar la cantidad de grupos hidroxilo funcionalizables.
El anclaje del complejo de dioxo-Mo se realizó a través de los grupos hidroxilo del TiO2. La
epoxidación del α-pineno se llevó a cabo en un microreactor batch de 15 mL, empleando
una lámpara de mercurio (λ= 360 nm) a 19 °C en oxígeno.
Como se observa en la tabla 1, la densidad de grupos hidroxilo tiene una fuerte influencia
en la concentración final del complejo MoO2 soportado, encontrándose que una mayor
cantidad de grupos –OH permite aumentar el contenido de complejo anclado al soporte.
72
Tabla 1. Relación entre las propiedades texturales y grupos hidroxilo en el TiO2
SOPORTE S BET
(m2/g) OH’s/nm2
TOTALESa* OH’s/nm2
FUNC. OH’s/nm2
aislados OH’s/nm2
geminal OH’s/nm2
puente MoO2
(mmol/g)
TiO2 P-25 50 5,4 5,2 2,2 1,8 1,3 0,29
TiO2 HT-
400 118 7,6 7,2 4,0 1,9 1,5 0,38
TiO2 SC-
150 120 19,3 17,4 14,8 2,3 1,6 0,67
TiO2 NP 192 27,5 25,5 22,4 2,7 1,8 0,89
TiO2 NT(P-
25) 213 28,2 26,9 21,1 3,6 2,9 0,95
TiO2
NT(NP) 330 31,6 30,3 22,8 3,3 4,4 1,05
El aumento en la cantidad de unidades dioxo-Mo permitió mejorar considerablemente las
propiedades foto-catalíticas del sistema en la oxidación selectiva del α-pineno (ver Figura
1.b), lo cual se vio reflejado en un aumento aproximado del 20 % en la conversión del
sustrato, conservando la selectividad hacia la formación del epóxido de α-pineno.
Figura 1. a) Espectro IR del complejo de dioxo-Mo anclado sobre los diferentes TiO2; b)
Oxidación de α-pineno con los diferentes sistemas MoO2/TiO2 en presencia de O2 y UV-Vis
360 nm.
Palabras clave: Propiedades texturales, Densidad de grupos hidroxilo:
funcionalización superficial; complejos de dioxoMo; nanotubos de TiO2; oxidación
selectiva.
Tabla de contenido
73
Efecto del contenido de Sn en la producción de nopol utilizando
catalizadores soportados tipo Sn-MCM-41
Daniel Casas-Orozco
a, Edwin Alarcón
b, Carlos Carrero
c, Ive Hermansd, Aída Luz Villae*.
a,b,e Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia c,d
University of Wisconsin – Madison, Department of Chemical and Biological Engineering, 1101
University Avenue, Madison, Wisconsin 53706, United States
Email: [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected],
Resumen
El nopol es un alcohol terpénico primario obtenido mediante la reacción de Prins entre β-
pineno y paraformaldehído, que se usa en la síntesis de pesticidas, fragancias y
agroquímicos y en la formulación de productos de limpieza y aseo. Tradicionalmente, el
nopol se sintetiza en presencia de catalizadores estequiométricos en fase homogénea,
particularmente utilizando cloruros de estaño y en reactores autoclave. Dichos
procedimientos presentan altos consumos de energía, conllevan a una considerable
formación de subproductos e implican el uso de sustancias peligrosas y difíciles de
separar del producto final. Por esta razón, el uso de catalizadores sólidos se presenta
como una atractiva ruta para la síntesis de nopol, ya que facilita la separación del
catalizador del medio de reacción, ofreciendo la oportunidad de implementar dicho
porceso en continuo. Varios autores han reportado la actividad del estaño cuando se
soporta en materiales mesoporosos (SBA-15, MCM-41) en la producción de nopol. Dichos
estudios también muestran la influencia de la carga en la dispersión de metal y en la
naturaleza de las especies soportadas.
En este estudio, se sintetizó MCM-41 utilizando tetraetilortosilicato como fuente de silicio y
bromuro de miristil amonio como agente estructurante en medio acuoso, con ajuste de
pH. Posteriormente, el estaño se soportó mediante el método de impregnación húmeda
incipiente, con cloruro estañoso disuelto en acetato de etilo como precursor metálico. La
cantidad de Sn soportado se varió en el rango 0.25 %wt - 10 %wt, buscando evaluar el
efecto de la cantidad de metal en la naturaleza de las especies de estaño y en la actividad
y selectividad del material en la producción de nopol.
Los patrones de difracción de rayos X de los materiales sintetizados mostraron los picos
característicos de MCM-41 a 2θ = 2.6° y otros dos picos de menor intensidad a 2θ = 4.5 y
5.2; las áreas BET de los materiales estuvieron en el rango 845 – 997 m²/g. Los análisis
de espectroscopía UV-Visible presentaron una señal pronunciada a 253 nm que ha sido
asignada a especies de Sn aisladas y altamente dispersas. La alta dispersión de Sn ha
sido corroborada por espectroscopía Raman.
74
La actividad catalítica del material se evaluó en términos de velocidad inicial de consumo
de β-pineno y de formación de nopol; las reacciones se con β-pineno (0.46 M),
paraformaldehído (0.92 M), 90 °C, acetato de etilo como solvente y 12 mg de catalizador
por mL de solución. El tamaño de partícula del catalizador y la agitación magnética fueron
ajustadas para eliminar limitaciones por transferencia de masa externas o al interior del
catalizador. Las velocidades de reacción mostraron ser una función creciente de la carga
de estaño en el material, para el rango de composición de Sn analizado. Sin embargo, la
actividad catalítica normalizada por mol de estaño en la muestra, presentó un máximo con
carga nominal de 0.5 %wt, tanto en términos de conversión de β-pineno como en
formación de nopol (selectividad cercana al 100 %).
Los catalizadores Sn/MCM-41 sintetizados presentan una alta actividad y selectividad
hacia nopol, la cual se atribuye a la alta dispersión del Sn y a la ausencia de
nanoparticulas de SnO.
Palabras clave: Sn-MCM-41; nopol; Raman; espectroscopía UV-Vis.
Tabla de contenido
75
Efecto del método de inmovilización de Celulasa en Fe3O4-SiO2-
NH2 y Fe3O4-SiO2-NH2 activada, en la hidrólisis enzimática de
celulosa microcristalina.
Annie Y. Vargas
a*,José J. Martínez
a, Hugo A. Rojas
a.
a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Email: [email protected],
Resumen
La celulasa extraída de Trichoderma reesei, es una mezcla de al menos dos
celobiohidrolasas, cinco endoglucanasas, y β-glucosidasa, utilizadas para convertir
celulosa en glucosa. Sin embargo, un punto crítico del uso de la celulasa, es la baja
estabilidad y baja actividad catalítica que resulta en una fácil desactivación y su difícil
separación del medio de reacción. Por esta razón, el desarrollo de estrategias eficaces
para mejorar la estabilidad de la enzima es un objetivo importante para la conversión de
celulosa. Estos problemas se pueden superar mediante el uso de la forma inmovilizada de
la enzima. Las partículas magnéticas como Fe3O4 han recibido amplia atención en la
inmovilización de enzimas, debido a la posibilidad de modificar su superficie usando
grupos funcionales orgánicos que favorecen la adsorción de celulasas. Las
modificaciones con sílice y organosilanos, principalmente, amino propil trietoxisilano
(APTES) produce grupos -NH2 libres para su posterior unión de las enzimas. Además,
pueden ser activadas por un procedimiento simple, utilizando glutaraldehído, como agente
de reticulación, lo que favorece la estabilidad de la enzima debido a múltiples
subunidades o multipuntos de unión covalente. En este trabajo, se prepararon
nanopartículas magnéticas tipo Fe3O4-SiO2, y fueron modificados con APTES (Fe3O4-
SiO2-NH2) y posteriormente activados con glutaraldehído y se evaluaron en la
inmovilización de una mezcla de celulasa comercial por el método de adsorción física y
covalente respectivamente. Posteriormente, se evaluó el efecto del método de
inmovilización sobre la actividad enzimática de la celulasa sobre celulosa microcristalina y
se caracterizó (estabilidad, reuso y estabilidad térmica) con el objetivo de maximizar la
conversión de la celulosa en azúcares reductores. Los sólidos se caracterizaron por, XPS
y FTIR.
Los análisis de FTIR de los sólidos magnéticos permitieron comprobar la presencia de
vibraciones relacionadas a la magnetita, NH y sílice amorfa. Con los análisis de XPS se
comprobó la modificación de la superficie de las particulas magneticas con APTES y
glutaraldehído. Los resultados mostraron que la celulasa inmovilizada tanto por adsorción
física como unión covalente, presentó alta actividad de celulasa retenida y celulasa
acoplada. Se evaluó la estabilidad durante 90 días, sin embargo, la celulosa inmovilizada
76
en ambos soportes presento perdida de la actividad relativa hasta un 50% a los 8 días. La
celulasa inmovilizada por el método covalente puede ser utilizada en 3 ciclos de reacción
alcanzando una actividad relativa cercana al 35%, mientras que el valor de la actividad
relativa en la celulasa inmovilizada por adsorción física es casi el doble, en comparación
con la enzima libre. La enzima libre retiene aproximadamente el 70% de su actividad
inicial con el aumento de la temperatura a 70°C, mientras que la enzima adsorbida
físicamente retiene un 40% y en la enzima inmovilizada covalentemente solamente se
retiene el 25% de su actividad inicial. Por último, los soportes utilizados se lograron
separar fácilmente de la mezcla de reacción con un campo magnético externo, lo que
sugiere que se retienen sus propiedades magnéticas.
Palabras clave: Celulasa; Celulosa; Fe3O4-SiO2-NH2; Hidrólisis enzimática; Método
de Inmovilización.
Agradecimientos
Los autores agradecen a COLCIENCIAS por el financiamiento del proyecto Código
110965843004 Contrato 047 Colciencias-UPTC.
A la DIN-UPTC, por el apoyo financiero al proyecto N° SGI 1790 (Proyecto de
Financiación interna).
Tabla de contenido
77
Efecto del Ru en la reducción de Co soportado en óxidos mixtos
MgO-Al2O3, derivados de hidrotalcitas utilizados en reacciones de
Fischer-Tropsch
Angélica Forgionny, Fanor Mondragón, Andrés Moreno*
Grupo Química de Recursos Energéticos y medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y naturales, Universidad de Antioquia (UdeA), Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia.
Email: *[email protected]
Resumen
Actualmente existe gran interés en el desarrollo e implementación de procesos que
permitan obtener combustibles líquidos más limpios. La síntesis Fischer-Tropsch es parte
fundamental de las tecnologías denominadas “X a líquidos” (X = gas natural, carbón o
biomasa). La síntesis Fischer-Tropsch produce un amplio rango de hidrocarburos (C1 a
C50+) y productos oxigenados. Los catalizadores a base de Co son comúnmente
empleados a nivel industrial debido a su actividad, estabilidad y especialmente alta
selectividad hacia la formación de parafinas de cadena larga. Los catalizadores
comerciales a base de cobalto contienen alrededor de 15% Co y emplean como soportes
catalíticos óxido de aluminio o de sílice. El contenido elevado del metal hace que aspectos
como la reducibilidad y dispersión metálica sean parámetros críticos a considerar. En la
búsqueda de nuevos materiales que permitan un control de dichas propiedades, se ha
planteado el uso de catalizadores a base de Co soportados sobre óxidos mixtos de Mg-Al,
derivados de hidrotalcitas. Varios aspectos tales como el método de preparación y el
efecto de las temperaturas de calcinación/reducción han sido previamente estudiados, sin
embargo, no hay reportes acerca del uso de promotores de reducción en éste tipo de
sistemas catalíticos. La adición de un metal noble (Ru o Pt) se espera que mejore
significativamente la reducción de las especies de cobalto debido a un efecto spillover o al
cambio en las propiedades estructurales de los materiales (ambiente electrónico). El
objetivo del presente trabajo de investigación consistió en evaluar el efecto de adición de
un promotor de reducción a un catalizador a base de Co soportado sobre óxidos mixtos
de Mg-Al, derivados de hidrotalcita (Co/MgO-Al2O3). También se emplearon como
soportes hidroxicarbonatos de Mg (Co/MgO) o Al (Co/Al2O3), para propósitos de
comparación. El cobalto (10 % Co) y el rutenio (0.3 % Ru) fueron incorporados al soporte
por el método de impregnación húmeda, en dos pasos. En cada paso la mezcla solución-
78
sólido (soporte o catalizador de Co) se dejó en agitación a temperatura ambiente hasta
evaporación, seguida por secado a 90 °C, 24 h. El precursor obtenido se calcinó en aire
estático a 300 °C por 4 h. Las propiedades de reducibilidad de los catalizadores se
analizaron mediante reducción a temperatura programada y titulación con O2 (grado de
reducción). La actividad catalítica fue evaluada en un reactor de lecho fijo a 250 °C, 20
bar, flujo total de gas de síntesis de 20 mL/min (H2/CO=2), durante 120 h.
Los perfiles de reducción a temperatura programada obtenidos para los catalizadores,
promovidos y sin promover, muestran dos eventos principales de reducción: el primero
asociado a la reducción de los óxidos de Ru y Co u óxidos de Co, respectivamente y el
segundo atribuido a la reducción de Co asociado a especies de cobalto con interacción
más fuerte con el soporte; es decir, óxidos mixtos de CoO-MgO ó CoO-Al2O3. Para todos
los catalizadores se observó que al incorporar Ru al catalizador que contiene Co se
produce un desplazamiento hacia una menor temperatura de los picos de reducción.
Además, la adición del Ru mejoró el grado de reducción de las especies de Co, medido
por titulación con O2. Los resultados de actividad catalítica mostraron un aumento en el
grado de conversión de CO, para todos los sistemas catalíticos promovidos, debido a una
mayor reducción de los óxidos de Co vía spillover de hidrógeno. En cuanto a la
selectividad, se observó que la adición de Ru favoreció la formación a hidrocarburos más
pesados (fracción C12+) particularmente para los sistemas catalíticos soportados sobre
MgO-Al2O3 y Al2O3, mientras que promovió la metanación para el catalizador soportado en
MgO. Los resultados sugieren además una correlación entre la actividad catalítica y las
propiedades de reducibilidad de estos catalizadores.
Palabras clave: Fischer-Tropsch; catalizador; cobalto; promotor; conversión de CO.
Agradecimientos: Los autores agradecen a Colciencias y a la Universidad de Antioquia
por la financiación del proyecto 1115-521-28804 y al Programa Sostenibilidad 2014 -
2015. A.F. agradece a Colciencias por su beca doctoral.
Tabla de contenido
79
Efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de Ni
sobre la efectividad en la cementación gaseosa del acero
Felipe Cardona Álvareza, Camilo Varo Echeverri
b, María Pinzón Cárdenas
c.
Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química, Santiago de Cali,
Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La cementación gaseosa de aceros con bajo contenido de carbono puede llevarse a cavo
utilizando como agente cementante gas de síntesis, el cual puede conseguirse mediante
la combustión parcial catalítica del metano.
En este trabajo se estudió el efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de
níquel sobre la cementación gaseosa del acero. Para tal fin se sinterizaron catalizadores
soportados en γ-Al2O3 y γ-Al2O3 modificada con Zr y Ce y como fase activa se utilizó Ni
probando distintas cargas (0, 3, 6 y 9%); estos catalizadores se prepararon por
impregnación húmeda. Los catalizadores se usaron en la reacción de combustión parcial
del metano para generar la atmosfera que cemento las probetas de acero. La efectividad
de la cementación se estableció con base en las pruebas de micro-dureza Vickers y
profundidad de capa. La pieza de acero que mejor cemento registro una dureza de 339.88
HV y una profundidad de capa de 558.37 micras. Este ensayo estuvo relacionado con el
catalizador con mayor carga de níquel, modificado con óxidos de Zr y Ce. El catalizador
que produjo la menor cementación (dureza de 181 HV y profundidad de capa de 42
micras) fue el de la menor carga de níquel sin modificar. Con estos datos y con las
tendencias de los resultados en general, se pudo establecer que mientras no haya
presencia de níquel en el catalizador no se presentara cementación, y que la adición de
óxidos de cerio y zirconio favorece la cementación de las piezas de acero.
Con la finalidad de saber las propiedades que favorecieron la actividad catalítica de los
catalizadores se realizaron pruebas de difracción de rayos X, área superficial por
adsorción/desorción de N2, espectroscopia dispersiva de energía de rayos X y
espectroscopia infrarroja. Los resultados de las pruebas permitieron constatar la
efectividad del método de preparación y calcinación de los catalizadores. Los EDS
proporcionaron el análisis semi cuantitativo de la composición elemental de la muestra,
con la cual de una forma indirecta se determinó que muestra estaba distribuida de forma
más homogénea, encontrándose que los catalizadores modificados con Ce y Zr
presentaron una distribución de Ni más homogénea. Mediante el análisis DRX se
determinaron las fases catalíticamente activas que contribuyeron a la producción de la
80
atmosfera cementante, encontrándose que la fase activa se presentaba como NiO,
además que en los catalizadores modificados se definieron mejor los picos
correspondientes a NiO y γ-Al2O3. Los resultados del análisis de área superficial arrojaron
que los catalizadores modificados tuvieron mayor área superficial que los catalizadores
sin modificar para una misma carga de níquel, lo cual pudo deberse al hecho de que la
presencia del cerio hace que los cristales de níquel sean más pequeños. Además se
confirma que la modificación si ayudo a disminuir los efectos térmicos en los soportes de
alúmina. Al comparar las áreas superficiales del catalizador con la mejor cementación
(área de 82.5 m2/g) y la que del que dio la menor cementación (área de 104.9 m2/g), se
evidencia que el ares es inversa a la efectividad en la cementación, lo que indiga que la
mayor influencia en la actividad catalítica la tiene la carga de metal.
Palabras clave: NiO; γ-Al2O3; óxidos de Ce y Zr; cementación gaseosa.
Tabla de contenido
81
Eliminación fotocatalítica de Escherichia Coli en aguas del rio
Jordán de la ciudad de Tunja – Boyacá - Colombia.
Gisela Arias Bolívara*, Julie Murcia
b, Giovanna Ávila
c, Hugo rojas
d, Jairo Cubillos
e
a Grupo de Catálisis GC-UPTC de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, Av. central norte, Tunja, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
En la última década la contaminación del recurso hídrico ha comprometido de manera
importante la salud de la comunidad de Tunja, el curso del Rio Jordán de esta ciudad se
encuentra muy cercano a diferentes zonas residenciales de la ciudad, este efluente el cual
recibe todos los desechos orgánicos e industriales de la ciudad y zonas aledañas, lo que
representa no solo un riesgo para la salud de los habitantes de la ciudad. Como respuesta
a esta problemática, se planteó el presente trabajo de investigación, el cual tiene como
objetivo principal diseñar fotocatalizadores basados en dióxido de titanio que sean activos
y efectivos en la eliminación de la bacteria enteropatógena Escherichia Coli en aguas
residuales. Para lograr este objetivo se empleó la fotocatálisis heterogénea que
actualmente representa una alternativa viable y económica para la eliminación de esta
población microbiana, ya que en este tipo de tecnología se emplean materiales de bajo
costo y se usa como fuente de energía la luz solar o la iluminación artificial disponibles en
cualquier parte del mundo.
En este estudio se han analizado las propiedades fotocatalíticas de TiO2 modificado por
tratamientos de sulfatación y fluorización, ya que se ha encontrado que las propiedades
superficiales de este oxido se pueden optimizar mejorando su efectividad en la
degradación de especies microbianas presentes en aguas residuales contaminadas.
El TiO2 empleado como material de partida se sintetizó a través de la metodología sol-gel
y se modificó por adición de grupos sulfato e iones F- . La caracterización de estos
materiales permitió observar que la adición de estos iones en superficie permite proteger
la fase anatasa del TiO2 frente a las altas temperaturas de calcinación evitando la
sinterizacion y la rutilización del material y al mismo tiempo es posible lograr un aumento
en su actividad fotocatalítica. Los difractogramas obtenidos para estos materiales se
presentan en la Figura 1
82
Figura 1: Difracción de rayos X para los materiales (TiO2 puro, F-TiO2, Pt F-TiO2)
Se encontró además que la fluorización modifica las propiedades de absorción de luz del
TiO2 aumentando su absorción en la región visible del espectro como se puede observar
en la Figura 2.
Figura 2: Reflectancia difusa para los materiales (TiO2 sol-gel, S-TiO2 , F-TiO2)
83
Los materiales fotocatalíticos se evaluaron en la eliminación de la bacteria E. coli presente
en el área de muestreo correspondiente al cuso del Río Jordán de la ciudad de Tunja. En
general se ha encontrado que usando el TiO2 sin modificar es posible reducir de una
manera muy significativa la turbidez de las muestras tratadas y lograr un porcentaje de
eliminación de la bacteria en estudio, cercano al 35% de esta bacteria utilizado el
fotocatalizador TiO2.
Palabras clave: TiO2; Anatasa; Escherichia Coli; eliminación; fotocatálisis.
Tabla de contenido
84
Epoxidación de limoneno con catalizadores de Ti y Au soportados
en KIT-6
Edwin Alarcóna, Silvana Arias
b, Alfonso Talavera
c, Sergio A. Gómez
d, Gustavo A. Fuentes
e,
Aída Luz Villaf,*
a,b,f Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. c,d,e
Departamento Ingeniería de Procesos, Universidad A. Metropolitana Iztapalapa, A. San Rafael
Atlixco 186, México, DF 09340, México.
Email: [email protected],
Resumen
Los epóxidos son utilizados como intermediarios en síntesis orgánica; específicamente los
epóxidos de monoterpenos, como el limoneno, se utilizan en la industria de fragancias y
aditivos de alimentos. El limoneno, uno de los monoterpenos más comunes, se encuentra
en altas concentraciones en el aceite esencial de cítricos. Su epoxidación se realiza
generalmente en presencia de perácidos orgánicos tales como ácido peracético y ácido
meta-cloro peroxibenzoico, generándose subproductos contaminantes. Una alternativa
para disminuir el impacto ambiental de su síntesis involucra el uso de catalizadores
heterogéneos, ya que cambian las rutas sintéticas y es posible reutilizarlos. Los
catalizadores basados en Au han sido estudiados para oxidaciones en fase gas, siendo
de particular interés la epoxidación de propileno y estireno. En las reacciones de
oxidación en fase líquida, los catalizadores de oro se han utilizado para la obtención de
ácidos carboxílicos a partir de alcoholes, aminoalcoholes, aldehídos y glucosa. En esta
investigación se utilizaron catalizadores de Au y Ti soportados en titanosilicatos
mesoporosos (KIT-6) para la epoxidación de limoneno con hidroperóxido de tert-butilo
(TBHP). La síntesis de KIT-6 se realizó por el método de Kleitz y colaboradores. La
incorporación de titanio se realizó por: (i) síntesis directa, muestra Ti-KIT-6 (AS) y (ii) post-
síntesis, muestra Ti/KIT-6 (PR). En ambos soportes la relación Ti/Si fue 13%. Los
catalizadores Au/KIT-6 se prepararon por el método de deposición - precipitación. La
mezcla de reacción se preparó con 1.5 mL de una solución 0.302 M de limoneno en
acetonitrilo, 64.9 µL de TBHP (70%) y 10 mg de catalizador. Las reacciones se llevaron a
cabo en viales de 2 mL ubicados en un baño de aceite a 70°C y con agitación magnética
(1000 rpm). Después de 24 h de reacción el catalizador se separó por centrifugación y las
muestras de reacción (2 µL) se analizaron por triplicado en un cromatógrafo de gases
Agilent 7890N, equipado con una columna capilar HP-5 (30 m) y detector FID.
La caracterización textural de los soportes tipo KIT-6 indican áreas superficiales de 870
m2/g y diámetro promedio de poro de 8.3 nm. Los espectros de reflectancia difusa en la
85
región UV-vis de soportes y catalizadores indican la presencia de titanio en coordinación
tetraédrica y octaédrica. En el caso de los catalizadores de oro, los espectros muestran la
banda del plasmón de superficie del oro a λ = 550 nm, que indica la presencia de
nanopartículas. En la Tabla 1 se observa que la producción del epóxido y la conversión
del limoneno fueron mayores en presencia de los catalizadores evaluados, que cuando no
se utilizó ningún catalizador.
Tabla 1. Actividad de catalizadores en oxidación de limoneno
Nomenclatura Catalizador Conversión de limoneno, % Selectividad a epóxido
de limoneno, %
C0 Ninguno 10 3
C1 Ti/KTI-6 (AS) 22 37
C2 Au/Ti-KTI-6 (AS) 15 46
C3 Au/TiO2 17 6
C4 Au/KIT-6 (PR) 15 21
C5 Ti/KIT-6 (PR) 23 34
Los materiales Ti/KIT-6 preparados por dos procedimientos diferentes (C1 y C5)
presentaron la misma actividad. La selectividad al epóxido mejoró cuando el catalizador
contenía Au soportado en Ti-KIT-6 (AS) (C2), es decir, en el soporte en el que se
incorporó titanio desde la síntesis, en comparación con la obtenida con Au/KIT-6 (PR)
(C4) y la muy baja selectividad con Au/TiO2 (C3). La presencia del soporte KIT-6, la forma
de incorporación de Ti parecen influir en la actividad. De acuerdo a los análisis, las
diferencias en la actividad se atribuyen a la dispersión y coordinación del titanio en el
soporte y al tamaño de las nanopartículas de oro.
Palabras clave: epoxidación; limoneno; KIT-6; Au; Ti.
Tabla de contenido
86
Esterificación de nopol con ácido acético sobre amberlyst-15 empleando
diferentes solventes
Luis F. Correaa, Aída Luz Villa*
b.
a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El acetato de nopilo, C13H20O2, es un compuesto de fragancia artificial con un olor frutal a
madera fresca que no está presente en la naturaleza. Este compuesto se prepara
mediante la reacción carbonil–eno de β-pineno y paraformaldehído con una acetilación
posterior del intermediario nopol con anhídrido acético en una autoclave a 150-230 °C o
en presencia de un catalizador homogéneo como ZnCl2 a 115-120 °C. Ya que las
reacciones de esterificación se han realizado eficientemente con resinas de intercambio
iónico como la Amberlyst-15 y el tipo de solvente puede cambiar dramáticamente la
velocidad de reacción y la composición de equilibrio, en esta investigación se estudió el
efecto del solvente en la esterificación de nopol con ácido acético en presencia de
Amberlyst-15.
La reacción de esterificación de nopol con ácido acético se realizó en un balón de tres
bocas de 25 mL, acoplado a un condensador. En una reacción típica se utilizó 6.1 mg/mL
de catalizador, 20 mL (5 mmol) de solución nopol/solvente (0.25 M) y una relación ácido:
alcohol de 2:1 con ácido acético (99.5% p/p). La mezcla se agitó a 750 rpm y el reactor se
ubicó en un baño de aceite cuya temperatura se varió entre 50 y 80 °C. Después de 1, 2 y
8 h de reacción, se tomaron muestras que se analizaron en un cromatógrafo de gases
Agilent 7890/MSD 5975C equipado con detector FID y una columna capilar DB-1. La
cuantificación de acetato de nopilo, ácido acético y nopol se realizó mediante calibración
multipunto empleando dodecano como estándar interno. El efecto del solvente en la
reacción de esterificación se evaluó empleando solventes polares apróticos (acetato de
etilo, n-hexano, tolueno), dipolar aprótico (acetonitrilo) y prótico (etanol).
La mayor conversión de nopol (98.2%) se obtuvo con tolueno, seguido de acetato de etilo
(53.1%) (Figura 1a), sugiriendo que en estos solventes se induce a una mayor
transformación del sustrato. La selectividad al éster decreció en el siguiente orden: n-
hexano (50°C) > acetato de etilo (70°C) > tolueno (80°C) > etanol (60°C) > acetonitrilo
(65°C). Es de resaltar una alta selectividad (55.7 %) a 480 min de reacción con n –
hexano, aunque se presenta una baja conversión de nopol (5.8 %) a estas condiciones de
reacción. La alta selectividad al éster en n-hexano puede deberse no solamente a su
87
naturaleza apolar aprótica sino también a la baja solubilidad (0.01 % a 20°C) en este
solvente del agua que se produce en la reacción de esterificación.
Figura 1. Conversión de nopol (a) y selectividad a acetato de nopilo (b). Condiciones de
reacción: 50 - 80°C, 750 rpm, solución de nopol/solvente 0.25 M (20 mL), ácido acético
99.5% p/p, Amberlyst-15.
La selectividad a nopol fue mayor con solventes apolares apróticos (acetato de etilo, n-
hexano, tolueno) que con el solvente dipolar aprótico (acetonitrilo) o el solvente prótico
(etanol) utilizados.
Palabras clave: esterificación; acetato de nopilo; nopol, Amberlyst-15
Tabla de contenido
88
Estudio cinético de la reacción de transferencia de átomos de
oxígeno fotoinducida con un complejo de Mo anclado a TiO2
Fernando Martínez Ortegaa, Julián Sánchez Velandia
b.
a,b Centro de investigaciones en Catálisis, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Colombia
Email: [email protected],
RESUMEN
En el centro de Investigaciones en catálisis (CICAT) de la Universidad Industrial de
Santander (UIS), se ha estudiado la transferencia de átomos de Oxígeno con complejos
de dioxo-molibdeno anclados al TiO2 con el objetivo de realizar reacciones de foto-
oxidación selectivas, área de investigación concordante con la química verde, ya que
involucra el uso de luz y oxígeno molecular.
Comprender la cinética de la transferencia de átomo de oxígeno (TAO) foto-inducida, es
un aspecto relevante para el diseño de los procesos catalíticos, es por ello que determinar
la velocidad de reacción catalítica usando como reacción modelo la oxidación de la trifenil
fosfina (PPh3) es el objetivo principal de este trabajo.
Para realizar este estudio, se prepararon tres catalizadores (BypMoO2/TiO2, Acído-
Molibdico/TiO2 y MoO3/TiO2), y se evaluaron en la reacción TAO foto-inducida, teniendo
en cuenta los parámetros de modelo de cinética foto-catalítica: rendimiento cuántico,
velocidad de absorción fotónica y constante cinética de reacción.
Los catalizadores fueron caracterizados utilizando técnicas espectroscópicas como: IR,
Raman, RMN 1H, y UV-Vis (reflactancia difusa), y la velocidad de desaparición de PPh3 se
midió a 258 nm, y observando la formación de un triplete en 265 nm característico del
respectivo óxido. Los resultados observados indican una mayor constante de velocidad
para el catalizador BypMoO2/TiO2, pero una menor constante de adsorción con respecto a
los otros dos catalizadores, lo cual podría asociarse a un posible efecto electrónico del
ligando 2,2’-bipiridina, que hace de puente entre el dioxoMo y el TiO2 facilitando la TAO
foto-inducida.
Los resultados también muestran una mayor velocidad cuando se aumenta el flujo
fotónico de la radiación incidente (figura 1) y en la concentración inicial del sustrato.
89
Figura 1. Efecto del flujo fotónico utilizando el catalizador BypMoO2/TiO2 para la
desaparición de la PPh3 (Lámpara 1: 321.54 µEinstein/Lmin, Lámpara 2: 8854
µEinstein/Lmin)
Finalmente, con el objetivo de descubrir el posible mecanismo que siguen los
catalizadores (oxidación vía radicales u oxidación por transferencia de átomo selectiva) se
estudió la selectividad en la foto-oxidación del ciclohexeno, para la generación del
respectivo epóxido (producto vía transferencia atómica) y de 2-ciclohexen-1-ona y 2-
ciclohexen-1-ol (producto vía radicales libres). El estudio evidencia un mecanismo de
reacción diferente para el catalizador BypMoO2/TiO2, con respecto a los otros dos
(AcMo/TiO2 y MoO3/TiO2).
Palabras clave: Selectividad, transferencia, cinética, foto-oxidación, adsorción.
Tabla de contenido
90
Estudio comparativo de la acidez en la hidroconversión de n-
heptano para dos minerales arcillosos colombianos
Jahaziel Amaya Bayona
a, Mónica Muñoz
b, Sonia Moreno
c, Rafael Molina
d*.
Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA) Departamento de Química, Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional de Colombia, Kra 30 N°45-03 Bogotá Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La hidroisomerización de heptano es una reacción de interés que permite incrementar el
octanaje en los hidrocarburos y adicionalmente se considera un sistema modelo para el
estudio de reacciones bifuncionales donde debe existir un balance entre el número de
sitios metálicos (des-hidrogenantes) y los sitios ácidos. En este sentido, trabajos previos
han reportado la hidroisomerización de n-heptano utilizando como soportes ácidos
diferentes minerales de arcillosos, donde, la bentonita (Be) y la vermiculita (V) se
destacan por sus usos potenciales como catalizadores ácidos. El presente trabajo se
orienta a un estudio comparativo del efecto que tiene la acidez de cada uno de estos
materiales sobre el desempeño en la hidroisomerización de heptano. La tabla 1 resume
las caracterizaciones más relevantes, resultados que ya han sido publicados pero que, a
partir de los mismos, permiten registrar un paralelo en el comportamiento catalítico de Be
y V.
Los materiales sin modificar exhiben una acidez intrínseca como consecuencia de las
sustituciones isomórficas de Al3+ por Si4+ en las capas tetraédricas, sin embargo la
presencia de iones Mg2+ y Fe2+ sustituyendo al Al3+ en la capa octaédrica determina
que la V posee la mayor cantidad y fuerza de los sitios ácidos. La acidez de los materiales
proviene de la acidez intrínseca de la arcilla y la acidez aportada por el pilar introducido, el
cual genera sitios ácidos Brönsted (B) y Lewis (L) en la región interlaminar del mineral.
Adicional al proceso de pilarización, el tratamiento previo con ácido potencia la acidez de
los materiales. La concentración de ácido usada no tiene un efecto importante en el
contenido de sitios ácidos ni en la pilarización de la “Be” en cambio para la “V” la cantidad
de ácido utilizada y la acidez total son directamente proporcionales.
91
Comparando las dos diferentes arcillas se encuentra que la “V” es un catalizador
promisorio para la hidroisomerización debido a su propia naturaleza. Para el caso de la
“Be”, los tratamientos posteriores también mejoran el comportamiento catalítico pero sin
superar el de las vermiculitas modificadas, lo que sugiere la influencia del material de
partida en la obtención de un catalizador apropiado para esta reacción. En términos
generales el tratamiento ácido, independientemente de la naturaleza de la arcilla,
incrementa el número de sitios Brönsted en el material favoreciendo la isomerización del
alcano. En efecto, los materiales con la mayor relación B/L presentan mayores
conversiones ya que los sitios Brönsted son los principales responsables de la
hidroconversión. Las bentonitas modificadas exhiben una menor selectividad hacia los
compuestos di-ramificados contrariamente a las vermiculitas. Tal comportamiento se
atribuye a la diferencia entre la cantidad y fuerza de los sitios ácidos generados en estos
materiales. Para el caso de las vermiculitas, la distribución de éstos y la mayor relación
B/L permiten que la misma molécula experimente varias veces los procesos de
deshidrogenación- reordenamiento de los iones carbenio e hidrogenación dando lugar a
isómeros más ramificados. Adicionalmente, se encuentra que los sólidos con la menor
relación B/L promueven procesos de craqueo por la fuerza de los sitios Lewis generados.
En conclusión se encuentra que el incremento de la acidez de los minerales arcillosos
permite obtener sólidos con un buen comportamiento catalítico para la hidroisomerización
de n- heptano, donde se destaca la vermiculita como un catalizador potencial para
procesos ácidos.
Palabras clave: Acidez, hidroisomerización de n-heptano, pilarización, bentonita,
vermiculita.
Tabla de contenido
92
Estudio Computacional del Efecto de Compuestos Organo-
Nitrogenados Durante el Hidrocraqueo de Compuestos
Poliaromáticos Sobre Zeolitas
Mónica M. Garnica Mantillaa, Carlos M. Celis-Cornejo
a, Gustavo E. Ramírez-Caballero
a*
a Centro de Investigaciones en Catálisis (CICAT), Escuela de Ingeniería Química, Universidad
Industrial de Santander, Cra. 27 No. 9, Bucaramanga, Colombia.
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Resumen
Los Gasóleos de Vacío son materias primas comúnmente usadas en el Hidrocraqueo, los
cuales tienen alto contenido de heteroátomos como azufre, nitrógeno y oxígeno. Se ha
observado que los compuestos nitrogenados altamente refractarios al Hidrotratamiento de
dichas fracciones, afectan negativamente la actividad catalítica durante el Hidrocraqueo.
En este trabajo se aplica la Teoría del Funcional de Densidad para la estimación de
parámetros termoquímicos, que permitan correlacionar los efectos inhibitorios de estos
compuestos organo-nitrogenados. La escogencia de las moléculas representativas de
Gasóleos de Vacío típicos se realizó con base en una amplia revisión bibliográfica sobre
técnicas de caracterización de dichas fracciones, además en algunos análisis
petroleómicos de dichas fracciones por técnicas de espectrometría de masas de alta
resolución. La tabla 1 muestra las moléculas escogidas para este trabajo.
Todas las simulaciones moleculares se llevaron a cabo empleando el software
computacional Vienna Ab-initio Simulation Package. Para modelar el catalizador ácido de
Hidrocraqueo se escogió como estructura zeolítica, la celda unitaria de Mordenita con 144
átomos, y parámetros de red a=18,094 Å, b=20,516 Å y c=7,524 Å (Ver figura 1). Se
efectuó una sustitución isomórfica de Si por Al en la super jaula y simultáneamente se
protonó la estructura para modelar el sitio ácido. Las optimizaciones de geometría se
realizaron empleando pseudopotenciales con funciones de onda planas, y el funcional de
intercambio y correlación de Perdew–Burke–Ernzerhof. Se estableció un Cut Off de la
energía en 520 eV y una malla de K-points distribuidos uniformemente en la zona de
Brillouin del tipo Monkhorst-Pack. Para el análisis de la distribución electrónica se aplicó la
Teoría Topológica de Bader implementada en el algoritmo desarrollado por Henkelman y
colaboradores de la Universidad de Texas en Austin.
93
Tabla 1. Grupo de moléculas escogidas,
representativas de un Gasóleo.
Molécula Familia
Carbazol Organo-Nitrogenado
no básico
Tetrahidrocarbazol Producto Organo-
Nitrogenado no
básico
Quinoleina Organo-
Nitrogenado básico
Naftaleno Hidrocarburo
Poliaromático
Fenantreno Hidrocarburo
Poliaromático
Criseno Hidrocarburo
Poliaromático
Pireno Hidrocarburo
Poliaromático
Tetrahidrofenantreno Producto de
Hidrocarburo
Poliaromático
Figura 1. Vista superior de la estructura de la
Mordenita.
Los cálculos de calores de adsorción se determinaron según la ecuación 1.
∆Hads=Em-zeo-(Em+Ezeo) (1)
Donde Em-zeo es la energía total de la molécula adsorbida en la superficie de la zeolita,
Em y Ezeo son respectivamente las energías totales de la molécula y la zeolita sin
interacciones.
De los cálculos se obtuvo que las energías de adsorción de los hidrocarburos tiene una
fuerte dependencia en relación con el aumento en el grado de insaturación de los
compuestos poliaromáticos. Los cálculos de las energías de adsorción de los compuestos
organo-nitrogenados, permitieron correlacionar el efecto inhibitorio con el grado de
insaturación de los hidrocarburos.
Palabras clave: DFT; Mordenita; Calores de adsorción; Sitios ácidos; VASP.
Tabla de contenido
94
Estudio de la Actividad Fotocatalítica de Óxidos Tipo Perovskitas
en la Degradación del Colorante Cloruro de Metiltionina con Luz
Solar
María C Lópeza*
, Cecilia Caballerob, Juan Oviedo
c, Mario Barrera
d.
a,b,c,d Universidad de Córdoba,Carrera 6
a# 76-103 Montería, Colombia, A.A. N° 354.
Email: [email protected],
Resumen
Se estudió la degradación de cloruro de metiltionina con radiación solar para estudiar la
eficiencia Fotocatalítica de las ferritas de lantano sustituidas con Ce y no sustituidas las
cuales fueron calcinadas a 700, 800 y 900 °C, observandose mayor degradación con el
uso de la ferrita no sustituida con una mayor degradación de cloruro de metiltionina (73.93
%) resaltando el comportamiento de la ferrita de lantano sin calcinar, esta mayor
degradación respecto a los demás catalizadores, trascurrido 6 horas de reacción se
presentan resultados de degradación de 73.93 % para La x-1CexFeO3 X: 0,00 (sin
calcinación) 72.93 % Lax-1CexFeO3 X: 0,00 (700 °C); 72.22 % Lax-1CexFeO3 X: 0,00 (800 °C) y
73.33 % Lax-1CexFeO3 X: 0,00 (900 °C).
Para las ferritas sustituidas se obtuvo degradación de 73.83 % La x-1CexFeO3 X: 0,01 (sin
calcinar) y 71.61 % Lax-1CexFeO3 X: 0,01 (700 °C), 44.94 % Lax-1CexFeO3 X: 0,01 (800 °C) y
de 59.79 % para Lax-1CexFeO3 X: 0,01 (900 °C).
Las concentraciones óptimas de fotocatalizador para la degradación del cloruro de
metiltionina es de (10 mg/L) encontradas en esta investigación son: 2 mg de catalizador
no sustituidas, a temperatura ambiente y 700°C hasta las 6 horas de reacción, aunque se
denota buenos porcentajes de degradación en las primeras 4 horas para el catalizador en
todas sus temperaturas; las ferritas sustituidas a temperatura ambiente fue estable en las
horas de reacción debido a que degrada constantemente pero se denota que la ferrita de
lantano a 700°C de calcinación tuvo un comportamiento similar a la anterior pero esta
logro menor degradación que la ferrita sustituida a temperatura ambiente, se puede
indicar que la sustitución y la temperatura de calcinación afecta en pequeño grado a su
actividad fotocatalitica.
Palabras clave: Fotocatalitica, ferrita, metiltionina
Tabla de contenido
95
Estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de TiO2
modificadas con plata
William Vallejoa*, Carlos Díaz-Uribe
b, Karen Navarro
c.
a,b,c Grupo de Fotoquímica y Fotobiología, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia,
080001.
Email: *[email protected]
Resumen
En este trabajo se realizó un estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de
TiO2 modificadas con plata (Ag). Las películas de TiO2 fueron obtenidas por el método
Doctor Blade, usando Degussa P-25, la modificación de los fotoelectrodos se realizó por
foto-reducción a partir de una solución de nitrato de plata por medio reducción
fotoquímica. El catalizador fue caracterizado por difracción de rayos X, infrarrojo y
reflectancia difusa. La actividad fotocatalítica de las películas de Ag-TiO2 fue evaluada en
la fotodegradación de un contaminante modelo (azul de metileno). Los resultados de la
caracterización indicaron que las películas fueron policristalinas y crecieron en una
mezcla de anatasa y rutilo. El estudio de la actividad fotocatalítica indicó que la presencia
de nano-partículas de plata en el TiO2 mejoró la actividad fotocatalítica de este.
La fotocatálisis heterogénea ha presentado considerable interés en la última década
debido a su aplicación general en la remediación ambiental, se han utilizado muchos
semiconductores en presencia de radiación electromagnética para la degradación de
diversos contaminantes orgánicos, bacterias, virus y otros, tanto en cuerpos de aguas
como en sistemas gaseosos [1]. Dentro de los semiconductores más estudiados se
encuentra el TiO2 el cual es inocuo, existe de manera abundante en la naturaleza, no es
tóxico, presenta alta estabilidad química y bajo irradiación ultravioleta posee elevadas
propiedades fotocatalíticas [2]. Cuando el TiO2 absorbe radiación electromagnética con
energía mayor a la de su band gap (3,2 eV) se promueve un electrón de la banda de
valencia a la banda de conducción generando lo que se conoce como par electrón-hueco,
estas especies pueden generar especies reactivas de oxígeno que son las encargadas de
la degradación de los contaminantes orgánicos y demás [3]. Sin embargo, el principal
inconveniente que presenta éste semiconductor para una eficiente actividad fotocatalítica
es la rápida recombinación del par electrón-hueco fotogenerado. Se ha reportado que la
modificación del TiO2 con metales nobles (incluyendo Ag, Pt, Ru, Pd) disminuye el proceso
de recombinación, formando heteroestructuras y nuevas interfaces que mejoran la
eficiencia fotocatalítica [4-6]. El objetivo de éste estudio es investigar el efecto de la
modificación de películas de TiO2 con nanopartículas de plata sobre su actividad
fotocatalítica en la degradación de un contaminante modelo como es el azul de metileno.
96
En la Figura 1 se observa la fotodegradación del azul de metileno por parte de las
películas delgadas de TiO2 modificadas y sin modificar bajo la irradiación de radiación
ultravioleta. Se puede ver que las películas modificadas presentaron una mayor actividad
fotocatalítica que las películas sin modificar. Este resultado puede ser atribuido a las
barreras de Schottky que se pueden generar entre la Ag y el TiO2; este fenómeno puede
ayudar a disminuir el proceso de recombinación del par electrón-hueco fotogenerado en el
TiO2 favoreciendo el proceso fotocatalítico [7].
Figura 1. Degradación de azul de metileno por películas delgadas de TiO2 y Ag-TiO2
Los resultados de la fotodegradación mostraron que la presencia de nanopartículas de Ag
en el TiO2 mejoró la actividad fotocatalítica de éste en la región ultravioleta del espectro
electromagnético.
Palabras clave: Fotocatálisis; dióxido de titanio; fotodeposición; recombinación;
Doctor Blade.
Tabla de contenido
97
Estudio de la deposición de Paladio sobre Carbón Activado y su
efecto en la reacción de hidrogenación de alquino.
Cecilia Lederhosa,*, Juan Badano
a, Juliana Maccarrone
a, Concepción Salinas
b, Carolina
Bettia, Cristian Miranda
c, Fernando Coloma-Pascual
b, Mónica Quiroga
a
a Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE, UNL-CONICET), Santa Fe,
Argentina b Servicios Técnicos de Investigación, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, España
c Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La hidrogenación selectiva de compuestos acetilénicos usando catalizadores metálicos
homogéneos o heterogéneos ha sido ampliamente estudiada en los últimos años debido a
su interés académico e industrial. Los productos obtenidos a partir de estas reacciones
son muy usados en la síntesis de química fina; en compuestos biológicamente activos,
importantes en la industria farmacéutica; en la producción de poliolefinas, como son el
polipropileno, polietileno, etc., utilizados masivamente. Muchos metales y diferentes
soportes han sido propuestos y estudiados como catalizadores de este tipo de reacciones.
Los metales de transición, soportados y no soportados, como son Pd, Ni, Pt, son
ampliamente usados como catalizadores en hidrogenación selectiva y síntesis de
compuestos orgánicos. Una de las principales ventajas de este tipo de hidrogenación es
que utiliza condiciones suaves de trabajo de presión y temperatura. El objetivo de este
trabajo es estudiar el efecto de la sal precursora (PdCl2 y Pd(NO3)2) utilizada en la
preparación de catalizadores de paladio soportados sobre carbón activado (CA), en la
actividad y selectividad en la semi-hidrogenación de 1-heptino a 1-hepteno.
Sobre dos porciones de carbón activado (CNR-115 provisto por NORIT, SBET: 1503 m2 g-1,
volumen microporo: 0,738 mL g-1, volumen total poro: 1,010 mL g-1) fueron depositadas
soluciones de PdCl2 y Pd(NO3)2, estabilizadas a pH=1 con HCl y HNO3, respectivamente;
en concentraciones tales de obtener 0,4 % m/m de Pd en el catalizador final. Los
catalizadores PdCl/AC y PdN/AC fueron secados 24 h a 373 K y reducidos en H 2 a 393 K
durante 1 h previo a su evaluación catalítica. Los catalizadores fueron caracterizados por
ICP, XPS, TPR, FTIR, quimisorción de H2, TPD. Los catalizadores fueron evaluados en la
reacción de hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1-hepteno, en un reactor semicontinuo
tanque agitado de acero inoxidable a 800 rpm, 303 K, 150 kPa de presión de H 2 y usando
0,75 g de catalizador. Como alimentación se utilizaron 75 mL de una solución al 5 % (v/v)
de 1-heptino en tolueno. Reactivos y productos fueron analizados por GC con detector
98
FID y columna capilar. El clásico catalizador de Lindlar [Pd5%/CaCO3 envenado con Pd(Ac)2]
fue utilizado a modo de comparación. Los resultados de caracterización (TPR y TPD)
indicaron una modificación del soporte al utilizar HNO3 durante la preparación de PdN/AC.
Los resultados de XPS confirman la presencia de Pd totalmente reducido sobre la
superficie de ambos catalizadores, y presencia de cloro superficial para PdCl/AC. Los
valores de conversión total resultaron: PdN/AC (≈70%) > PdCl/AC (≈30%) a los 180 min
de reacción. La selectividad al producto deseado también fue un 10 % mayor para
PdN/AC. Este catalizador (PdN/AC) pudo superar los valores de conversión presentados
por el clásico catalizador de Lindlar, y mejorar la selectividad a 1-hepteno. El catalizador
PdN/AC presentó varias ventajas y mejoras: menor contenido de metal y por ende menor
costo, mayor conversión total y muy buena selectividad al producto deseado; frente al
clásico Lindlar y frente a un catalizador de precursor clorado. La química superficial del
carbón resulta muy importante, ya que produce modificaciones en los efectos electrónicos
y geométricos.
Tabla de contenido
99
Estudio de la distribución del 1-naftol en vesículas grandes
unilaminares de AOT-BHD por voltametría de onda cuadrada
Airam K. COBOa*
, N. Mariano CORREAb, Patricia G. MOLINA
c.
Departamento de Química. Universidad Nacional de Río Cuarto. Agencia Postal #3. 5800 Río
Cuarto. ARGENTINA.
Email: [email protected],
Resumen
Las vesículas son sistemas organizados que se forman comúnmente cuando un
fosfolípido es disuelto en agua. Un novedoso surfactante de tipo cataniónico, resulta de la
mezcla de un surfactante aniónico (bis-(2-etil-hexil) sulfosuccinato de sodio, (AOT)) y de
un surfactante catiónico (cloruro de bencil-hexadecil-dimetilamonio (BHDC)), forma
vesículas unilaminares de AOT-BHD de manera espontánea sin aplicar tratamientos
físicos al sistema, como es requerido en aquellas formadas por fosfolípidos. En este
trabajo se estudia el comportamiento del 1-Naftol (Nf) en vesículas grandes unilaminares
(VGU) de AOT-BHD por voltametría de onda cuadrada (VOC) y espectroscopia de
absorción. Esta investigación brinda información acerca de la interacción de Nf con estas
vesículas, y es de gran interés, debido a las similitudes estructurales de las mismas con
las membranas biológicas.
Los estudios se realizaron en VGU de AOT-BHD mediante la técnica de VOC, utilizando
una celda de tres electrodos. Como electrodo de trabajo se usó un disco de platino (Pt) de
área A = 0,126 cm2, un electrodo de referencia Ag/AgCl/Cl y un contraelectrodo de Pt de
gran área. Se utilizó Nf como molécula prueba y como electrolito soporte una solución
0,05M de LiClO4 a 25,0 ± 0,1 °C. Los estudios se realizaron en agua y en VGU de AOT-
BHD, a valores de pH=5.7 donde el Nf se encuentra como especie neutra y a pH=10
cuando se encuentra ionizado como Naftolato (Nf -).
Los resultados obtenidos variando la [AOT-BHD] mostraron que el Nf y el Nf - sufren un
proceso de reparto entre la fase acuosa y la bicapa de la VGU, mostrando un cambio de
corriente dependiendo de la [AOT-BHD], para explicar esto se plantea un modelo
electroquímico del cual, se obtiene la constante de reparto (Kp) y el coeficiente de difusión
de la vesícula (Dv), valores que se comparan con los obtenidos por la técnica de dinamic
light scattering.
Se realiza espectroscopia de absorción siguiendo los cambios en las bandas de absorción
del (Nf) a λAbs 290 nm y el (Nf -) a λAbs 332 nm, cuando se variaba la concentración de VGU.
A medida que se incrementó la [AOT-BHD], fue posible observar la disminución
progresiva en los máximos de absorción del Nf (λAbs 290 nm) y del Nf- (λAbs 332 nm) para los
valores de pH 5,7 y 10. Se calculó la constante de reparto (Kp) y se comparó con lo
100
obtenido por electroquímica. En conclusión, Se calculó K y el DV del naftol y el naftolato en
VGU de AOT-BHD por VOC y por espectroscopia de absorción obteniéndose una buena
concordancia entre ambas técnicas. Además ambas técnicas arrojan un valor de DV
cercano al obtenido por DLS. A pH 5,7 el Nf se encuentra como molécula neutra lo que
facilita su incorporación en la bicapa de la vesícula, caso contrario a pH10, donde el Nf -
genera repulsión con la bicapa de la VGU, por lo que su Kp es pequeño. Por lo tanto, los
métodos electroquímicos pueden ser una alternativa para la caracterización del
comportamiento de moléculas electroactivas en ambientes confinados como la bicapa de
las vesículas.
Palabras clave: Surfactante; Vesículas, Naftol; electroquímica.
Tabla de contenido
101
Estudio de la Electrocinética de la Reacción de Oxidación de
Hidrógeno en Paladio utilizando Microscopía Electroquímica de
Barrido (SECM)
Mónica Jeréza, Fabián Ríos
b*.
a,b Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La oxidación de hidrógeno (HOR) es una de las reacciones electroquímicas más
estudiadas no solo por su importancia teórica sino también por las diversas implicaciones
tecnológicas que tiene. El paladio, como metal perteneciente a la familia del platino, se
comporta como un buen catalizador para la HOR. Esto y la capacidad que tiene de
absorber grandes cantidades de hidrógeno lo convierten en un sistema de interés para
diversas aplicaciones.
Normalmente se ha utilizado la amperovoltametría cíclica para realizar estudios de la
electrocinética de la HOR en paladio. En el presente trabajo se propone el uso del
microscopio de barrido electroquímico (SECM) ya que debido a las altas velocidades de
transferencia de masa que presenta hace posible estudiar reacciones muy rápidas como
las que se presentan en la oxidación de hidrógeno.
Experimentalmente se utilizaron curvas de aproximación de un microelectrodo de platino
de 25 μm de diámetro sobre un electrodo de paladio de 2 mm de diámetro. Las curvas de
aproximación muestran un comportamiento atípico al de otros metales de la familia del
platino, el cual fue atribuído al proceso de absorción de hidrógeno.
El análisis de las curvas de aproximación y su ajuste teórico permitió la determinación de
las contantes cinéticas para la HOR además de determinar el coeficiente de absorción de
hidrógeno en paladio.
Se pudo concluir que el SECM es una herramienta útil y eficiente para la evaluación del
comportamiento electrocatalítico del paladio. Adicionalmente se desarrolló un nuevo
modelo teórico que permite estudiar sistemas electroquímicos donde se presenten
fenómenos de absorción de las especies implicadas.
Palabras clave: electrocatálisis; paladio; reacción de oxidación de hidrógeno;
SECM; Microscopía Electroquímica.
Tabla de contenido
102
Estudio de la zeolita beta modificada y magnetización en la
hidrólisis de celulosa
Javier Chaparro Barajasa*, Carolina Pazos Zarama
b, José Martínez Zambrano
c, Hugo Rojas
Sarmientod, Annie Vargas Lizarazo
e
a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia, 15.
Email: [email protected],
Resumen
La hidrólisis de la celulosa es un proceso relacionado con la ruptura de enlaces β-1,4-
glicosidicos en la celulosa donde la glucosa es el principal producto, catalogada como una
materia prima renovable que se puede convertir eficientemente en varios compuestos
químicos, combustibles, alimentos y medicamentos. El método convencional para
hidrolizar la biomasa lignocelulósica es la hidrólisis directa que se realiza principalmente
con ácidos minerales. Sin embargo para continuar con una producción sostenible se han
utilizado diferentes técnicas como irradiación con microondas y tratamientos con
ultrasonido, además del uso de catalizadores sólidos ácidos tales como zeolitas, óxidos
de metales de transición, resinas de intercambio iónico, catalizadores solidos ácidos
soportados, heteropoli-compuestos, entre otros, obteniendo rendimientos de conversión
de celulosa a glucosa de hasta un 98% por lo tanto, la hidrólisis de celulosa con zeolitas
beta modificadas abre nuevas oportunidades para una eficiente degradación de celulosa.
En este trabajo, la acidez de la zeolita beta fue modificada por impregnación con Cerio,
Lantano y grupos sulfónicos, este último catalizador se utilizó en el procedimiento de
magnetización por impregnación con óxidos de hierro para generar propiedades en el
material que permitan la recuperación del catalizador y reciclaje en reacción en fase
líquida. Los sólidos obtenidos se utilizaron como catalizadores en la reacción de hidrólisis
de celulosa cristalina y se caracterizaron por DRX, espectroscopia infrarroja FT-IR, la
acidez fue obtenida por titulación y la actividad catalítica fue evaluada como porcentaje de
azucares reductores totales (ART).
La zeolita beta fue sintetizada por tratamiento hidrotérmico en un reactor de Teflón, con
camisa de acero inoxidable. La mezcla de síntesis se preparó utilizando sílice amorfa,
sulfato de aluminio y solución acuosa de hidróxido de tetraetilamonio al 35%. También se
utilizaron cloruro de sodio y cloruro de potasio. La magnetización de zeolita beta se realizó
a partir de la impregnación con una mezcla óxidos de hierro en una relación (1:2). La
sulfonación de la zeolita beta ácida magnetizada se realizó por medio de reflujo con
mercaptopropiltrietoxisilano en tolueno y una oxidación con peróxido de hidrogeno.
Finalmente La zeolita beta se impregnó con una solución etanólica de nitrato de cerio y
cloruro de lantano con una carga de 30% p/p.
103
De acuerdo a los análisis de DRX y FT-IR, las modificaciones realizadas a la zeolita beta
ácida sintetizada muestran que las impregnaciones hechas con La2O3 y CeO2 no afecta la
cristalinidad de la zeolita beta precursora, sin embargo, se modifica la acidez ligeramente.
Los cambios en la acidez se ven reflejados en la actividad catalítica en la reacción de
hidrólisis de celulosa y por lo tanto en el porcentaje de ART. La modificación de la zeolita
con lantano no favorece a la reacción por la pérdida de sitios ácidos en la estructura de la
zeolita. La impregnación realizada con óxidos de hierro afecta la cristalinidad de la zeolita
beta precursora afectando las propiedades ácidas. La incorporación de grupos sulfónicos
tanto a la zeolita beta precursora como a la magnetizada aumenta considerablemente la
acidez de la zeolita y se logran obtener porcentajes de ART de 59% y 39%
respectivamente en la hidrólisis de celulosa. Adicionalmente, se obtienen propiedades
magnéticas en los catalizadores que facilitan la etapa de separación para su reutilización.
Palabras clave: Celulosa; hidrólisis; grupos sulfónicos; magnetización; zeolita beta.
Agradecimientos
Los autores Agradecen al contrato 047-2015 COLCIENCIAS – UPTC del proyecto:
Desarrollo de catalizadores multifuncionales para procesos de una sola etapa. Código SGI
1659.
Tabla de contenido
104
Estudio de un catalizador bifuncional para la obtención de γ–
valerolactona a partir de alcohol furfurilico
José Matineza, Luis Páez
a*, Jairo Cubillos
a, Hugo Rojas
a.
a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El propósito de este trabajo fue estudiar el efecto de las propiedades ácido-redox de
Pt/SiO2-SO3H en la obtención de γ–valerolactona a partir de alcohol furfurílico, vía
levulinato de etilo. La figura 1 ilustra la reacción bajo estudio.
Figura 1. Obtención de γ–valerolactona a partir de alcohol furfurílico
La primera etapa de la reacción, involucra la participación de los grupos sulfónicos para
obtener levulinato de etilo y la segunda etapa es la hidrogenación de levulinato de etilo a
γ-valerolactona, en la presencia de sitios metálicos. Los catalizadores fueron preparados
en dos etapas. Primero, se realizó la funcionalización de sílice comercial con
mercaptopropil trietoxisilano, posterior oxidación para la generación de los grupos
sulfónicos (SiO2-SO3H). Por último, este sólido fue tratado con Pt coloidal y el material
obtenido fue denominado Pt/SiO2-SO3H. Este material fue caracterizado por análisis de
fisisorción de nitrógeno a 77 K, quimisorción con H2 y la capacidad ácida se determinó por
titulación con hidróxido de sodio. Los resultados mostraron un cambio en las propiedades
texturales y una disminución de la acidez en Pt/SiO2-SO3H, debido a la incorporación del
metal. El efecto del carácter ácido de SiO2-SO3H sobre la producción de levulinato de etilo
se estudió a distintas temperaturas en atmósfera de N2, utilizando un reactor tipo batch. El
seguimiento de la reacción se realizó utilizando un cromatógrafo de gases VARÍAN CP-
3800 y un espectrómetro de masas VARÍAN Saturn 2000, acoplado con una columna β-
Dex de 30 metros de longitud, 0,25mm DI y espesor de recubrimiento de 0,25 µm. Los
Alcohol
furfurílic
γ-
valerola
Levulinat
o de etilo
105
resultados sugieren que para la obtención de levulinato de etilo, la ruta de reacción
involucra la formación de dos intermediarios: el etoximetil furano y el 4,4,5-trietoxipentan-
2-ona. Este último se descompone paralelamente a levulinato de etilo. Posteriormente, se
estudió el efecto del Pt soportado sobre SiO2-SO3H para la producción de GVL; los
resultados mostraron un distinto comportamiento en cuanto a la distribución de los
intermediarios y de levulinato de etilo, principalmente asociado a una disminución de la
capacidad ácida de Pt/SiO2-SO3H por la incorporación de Pt coloidal, cambio de atmósfera
de reacción (de N2 a H2) y desactivación de los sitios metálicos por la fuerte adsorción de
los intermediarios sobre los grupos sulfónicos. No se observó la hidrogenación de
levulinato de etilo a γ-valerolactona con Pt/SiO2-SO3H. La hidrogenación de levulinato de
etilo obtenido de la mezcla de reacción a γ-valerolactona, solamente se logró con el uso
de un catalizador comercial de Raney-Ni.
Palabras clave: Catalizador bifuncional; alcohol furfurílico; γ-valerolactona;
funcionalización; sílice comercial.
Tabla de contenido
106
Estudio del efecto fotocatalítico con TiO2 en el efluente de agua de
la línea de producción de un campo petrolero.
Paula Catalina Velosa Alfonso
a* Cesar Augusto Quiñones Segura.
a Universidad de América, Bogotá.
Email: [email protected]
Resumen
Se busca desarrollar un método fotocatalítico utilizando dióxido de titanio que permita
observar y cuantificar el nivel de degradación de hidrocarburos presentes en una muestra
de agua de la línea de facilidades de producción de un campo petrolero. Esto realizando
pruebas previas y posteriores al tratamiento fotocatalítico al efluente para poder
determinar la disminución de hidrocarburos y el tipo de degradación que se presentó, ya
haya sido parcial o total.
De esta manera se genera el estudio de una alternativa como respuesta a las exigencias
gubernamentales que actualmente las operadoras deben cumplir con respecto a los
cortes de agua generados en sus procesos; pues como consecuencia de la producción de
crudo , en el proceso de perforación por cada barril que se extrae de crudo se extraen en
promedio cinco barriles de agua, agua que hasta el momento tiene tres usos que son:
primero, reinyección de nuevo al subsuelo en procesos de recobro mejorado, segundo,
para obtener una mayor producción de crudo o mantener la presión en un yacimiento y
tercero para inyección en un lecho de almacenamiento o tratamiento convencional y final
disposición en fuentes hídricas cercanas al campo . Por ello se propone tratar con
fotocatálisis este tipo de efluentes, abriendo la posibilidad a futuro de la utilización de
nuevas técnicas en el tratamiento de aguas, teniendo en cuenta el bajo costo y la alta
disponibilidad del dióxido de titanio como fotocatalizador, junto con la implementación de
técnicas gravimétricas y espectroscópicas que se utilizaran como primera técnica para
cuantificar y cualificar el contenidos de hidrocarburos totales en el efluente (HTP’S) antes
del tratamiento fotocatalítico y luego proceder a realizar la fotodegradación con TiO2 en
suspensión y soportado en películas de vidrio.
Todo esto se encuentra en curso basado en su primera etapa de seguimiento en las
normas APA . wáter & wastewater y en su segunda etapa del tratamiento fotocatalítico
tomando como antecedentes los métodos de soporte e iluminación ya implementados en
el grupo de investigación Materiales Fotoactivos (universidad de América) utilizados para
medios acuosos.
Palabras clave: Dióxido de titanio, hidrocarburos, facilidades de producción,
fotodegradación, fotocatálisis
Tabla de contenido
107
Estudios ab initio de la estructura y reactividad de centros
metálicos soportados en catalizadores heterogéneos
Francisco Nuñez-Zarur
a,b,*, Aleix Comas-Vives
b, Christophe Copéret
b.
a Instituto de Química, Universidad de Antioquia , Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia
b Departamento de Química y Biociencias Aplicadas, ETH Zürich, Vladimir-Prelog-Weg 1-5, CH-
8093 Zürich, Suiza.
Email: a,b
[email protected]; [email protected];
Resumen
En esta contribución se presentarán los resultados más relevantes de dos proyectos
relacionados con el estudio de la reactividad e identificación de sitios metálicos activos en
catalizadores heterogéneos. El primer proyecto tiene como objetivo entender y proponer
un mecanismo de polimerización de etileno con el catalizador de Phillips, el cual se
compone básicamente de centros de Cr dispersos en sílica amorfa (Cr/SiO2). El polietileno
producido es de gran importancia pues se estima que la demanda global en el año 2018
será de 99.6 millones de toneladas métricas. Sin embargo, dado que el catalizador de
Phillips presenta un alto grado de heterogeneidad y diversidad de centros de Cr con
diferentes estados de oxidación, las técnicas experimentales para caracterizar el sistema
son limitadas. Para superar estas limitaciones, en nuestro grupo se ha sintetizado un
catalizador con centros de CrIII definidos anclados en sílica, y que ha resultado igual de
activo en la polimerización de etileno que el catalizador industrial. Para entender el
mecanismo de la reacción y entender la formación del primer enlace Cr-C (necesario para
propagar el polímero), se llevaron a cabo cálculos computacionales basados en DFT
usando modelos de clúster para simular el catalizador. Los resultados sugieren que la
formación del enlace Cr-C tiene lugar a través de la activación de un enlace C-H del
etileno, con la formación de un grupo ≡Si(μ-OH)Cr (Figura 1a). La propagación de la
cadena del polímero tiene lugar a través de un mecanismo tipo Cossee-Arlman, mientras
que la terminación de la cadena tiene lugar a través de la reacción de transferencia de
protón desde el fragmento ≡Si(μ-OH)Cr a la cadena polimérica. Los cálculos de las
barreras energéticas de inserción vs. terminación indican que la inserción es favorecida, lo
cual asegura que el polímero se propagará.
El segundo proyecto está relacionado con la identificación de sitios activos en la zeolita-
beta sustituida con estaño (Sn-Beta). Esta zeolita es importante para varias reacciones
industriales tales como la oxidación de Baeyer-Villiger, la reacción de Meerwein-Pondorf-
Verley-Oppenauer y la isomerización de monosacáridos. Una de las técnicas
experimentales más útiles para caracterizar los sitios activos en esta zeolita es la RMN de
119Sn. Esta técnica sugiere varias señales de la zeolita en sus formas deshidratada e
hidratada, lo cual indica que varios sitios activos con diferentes ambientes químicos
108
podrían estar presentes. En esta contribución se realizaron cálculos ab initio incluyendo
efectos relativistas y de acoplamiento spin-órbita de las posibles estructuras activas y sus
correspondientes señales RMN de 119Sn (Figura 1b). Los resultados de nuestros cálculos
indican que varias especies químicas de Sn con diferentes ambientes químicos dan
señales diferentes, las cuales correlacionan muy bien con los datos experimentales.
Nuestros cálculos también indican que, dependiendo del método de preparación de la
zeolita-beta, algunas especies se privilegian sobre otras, resultando en un rango
relativamente amplio de señales RMN de 119Sn (±60 ppm).
a b
Figura 1. a) Especie activa para la polimerización de etileno; b) Celda unitaria resaltada
de la zeolita-beta señalando los 9 sitios cristalográficos
Tabla de contenido
109
Evaluación de electrocatalizadores basados en paladio para la
oxidación de bioetanol en celdas de combustible
Carolina Romero Gutiérrez
a, Carlos A. Cardona Alzate
b, Álvaro Gómez Peña
c,*.
a,b,* Grupo De Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos, Departamento de Ingeniería
Química, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Nacional, Sede Manizales, Colombia.
+57.
Email: [email protected],
Resumen
Las celdas de combustible son consideradas actualmente como una de las alternativas
viables para la conversión de energía química en energía eléctrica limpia y con alta
eficiencia energética. Sin embargo el uso directo de hidrógeno conlleva problemas y
aumento de costos operativos debido a la seguridad y manejo de este gas, lo cual ha
motivado el estudio de las celdas de combustible de baja temperatura con alimentación
directa de bioetanol, el cual puede ser producido mediante la integración de procesos de
biorefinería a bajo costo y con alta disponibilidad. Las celdas de alimentación directa de
alcoholes especialmente de etanol presentan la ventaja de convertir la energía química en
eléctrica sin productos intermedios y con una densidad energética mayor con respecto a
metanol [1], además de trabajar con fuentes de energía limpia y renovable; sin embargo el
desarrollo de ésta tecnología requiere de catalizadores más funcionales que faciliten el
rompimiento del enlace C-C, la oxidación completa hasta CO2 y mayor resistencia al
envenenamiento por CO.
Los materiales catalíticos más estudiados para la electro-oxidación de etanol en medio
alcalino es el paladio debido a su mayor estabilidad y mejores desempeños en actividad
electroquímica, aparte de menor costo con respecto al platino; sus combinaciones con
estaño, hierro, níquel y rutenio, mejoran las características mencionadas anteriormente.
En este trabajo se presentan los resultados de la síntesis de nanopartículas de Pd-Ru y
Pd-Sn, soportadas en Carbon Vulcan XC-72, y su evaluación como electrodo para la
electro-oxidación de bioethanol. Pd-Sn/C y Pd-Ru/C con 30w% de carga de metal se
sintetizaron por reducción de polioles usando calentamiento por microondas, PdCl2,
SnCl2x2H2O y RuCl3 fueron usados como precursores metálicos y carbón Vulcan XC 72R
como soporte, siguiendo la metodología descrita por Liu como en [2]. La electro-actividad
catalítica fue estudiada mediante voltametría cíclica (CV) y cronoamperometría, en una
celda electroquímica de tres electrodos a temperatura ambiente con soluciones de NaOH
+ etanol a cuatro concentraciones diferentes de etanol teniendo la concentración de
NaOH como una constante. Un electrodo de carbón vítreo se utilizó como electrodo de
trabajo; un alambre de platino y un electrodo de hidrogeno reversible se utilizaron como
electrodos contador y de referencia, respectivamente. Los resultados mostraron una
110
mejora en el rendimiento de los electro-catalizadores cuando la concentración de etanol
duplica la concentración de NaOH. Además, se determinó que el catalizador formado por
Pd-Sn / C tiene una mejor estabilidad en medios alcalinos que Pd-Ru / C.
Palabras clave: Electrocatalizadores, celda de combustible, etanol, electroquímica.
Referencias
[1]E. H. Yu, U. Krewer, and K. Scott, “Principles and Materials Aspects of Direct Alkaline
Alcohol Fuel Cells,” Energies, vol. 3, no. 8, pp. 1499–1528, Aug. 2010.
[2] Z. Liu, L. M. Gan, L. Hong, W. Chen, and J. Y. Lee, “Carbon-supported Pt
nanoparticles as catalysts for proton exchange membrane fuel cells,” Journal of Power
Sources, vol. 139, no. 1–2, pp. 73–78, Jan. 2005.
Tabla de contenido
111
Evaluación de la actividad catalítica y selectividad de un óxido
tipo perovskita (LaFeO3), en la reacción de oxidación del
ciclohexeno.
Jorge Cordero Cabralesa*, Mario Barrera Vargas
b, Juan Oviedo Cuéter
c.
a Universidad de Córdoba, Montería, Colombia,230002.
b Universidad de Córdoba, Montería, Colombia, 230002.
c Universidad de Córdoba, Montería, Colombia, 230002.
Email: [email protected],
Resumen
En este trabajo se hizo el seguimiento de la reacción de oxidación de ciclohexeno,
utilizando diclorometano como solvente, Idosilbenceno como donor de oxígeno y un óxido
tipo perovskita (ferrita de lantano) como catalizador, calcinado a 700 °C y 800 °C. La
reacción se llevó a cabo a 25 °C y presión atmosférica.
Los catalizadores sintetizados se caracterizaron, por difracción de rayos X,
espectroscopia infrarroja y sortometría de N2.
El seguimiento de la reacción, se realizó por cromatografía de gases (utilizando el método
de estándar interno), durante 240 minutos a intervalo de 40 minutos; tomando alícuotas
del sistema de reacción cada 40 minutos, para determinar los porcentajes de conversión y
selectividad hacia cada uno de los productos de la reacción.
Los difractograma obtenidos, en la figura 1, presentan una sola fase correspondiente a la
ferrita de lantano, para un sistema cristalino ortorrómbico y los planos correspondientes
para las seis señales más intensas de acuerdo con la fase LaFeO3 y concuerdan
perfectamente con los patrones de las muestras estudiadas, mostrando la formación de
fase pura de ferrita de lantano (LaFeO3).
112
Los resultados de la oxidación de ciclohexeno, utilizando como catalizadores óxido tipo
perovskita calcinado a 700 °C y 800 °C, se presentan en la figura 2.La conversión de
ciclohexeno varia significativamente en función de la temperatura de calcinación del
catalizador, la perovskita calcinada a 800 °C presentó mayor actividad, con porcentajes de
conversión de 63.35%, importante en comparación con el ensayo donde se empleó la
perovskita calcinada a 700 °C, además, muestra selectividad hacia la formación de 2-
ciclohexen-1-ona y 2-ciclohexen-1-ol, y la poca formación de epoxiciclohexano, con
porcentajes de selectividad de 51.58%, 42.38%, y 16.95%, respectivamente.
La caracterización realizada a los catalizadores por difracción de rayos X, arrojó que estos
se encuentran constituidos por fase pura tipo perovskita, además se determinó la
existencia de una relación proporcional entre la cristalinidad y .la temperatura de
calcinación de los óxidos, parámetro importante en la conversión y en la buena
selectividad, que exhibió el catalizador calcinado a 800 °C hacia los productos de la
oxidación alílica, bajo las condiciones que se realizó la reacción de oxidación.
Palabras clave: perovskita; oxidación alílica; conversión; selectividad.
Tabla de contenido
113
Evaluación de la actividad de TiO2/Fe3O4 en la decoloración de
soluciones de azul de metileno mediante fotocatálisis
Fiderman Machuca Martíneza, Andrea Castro Sánchez
b,*.
a,b Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Cali , Colombia. A. A. 25360.
Email: [email protected], *[email protected]
Resumen
En la presente investigación se estudió la actividad fotocatalítica del TiO2/Fe3O4
preparado mediante un proceso de mezclado de los óxidos puros. Se evaluó la
fotodegradación de soluciones acuosas de azul de metileno, como compuesto modelo
usando catalizadores de TiO2/Fe3O4 en relaciones másicas 80/20, 50/50 y 20/80,
respectivamente. Como montaje experimental se utilizaron reactores por lotes bajo un
sistema SUNTEST con luz artificial simulando la irradiación solar.
El seguimiento de la fotodecoloración de azul de metileno se realizó mediante la medición
del color por espectrofotometría UV-VIS a 664 nm, se estableció 30 minutos en oscuridad
para garantizar equilibrio de adsorción y desorción del sustrato sobre el catalizador y 2
horas de irradiación; las pruebas se realizaron al pH natural de las soluciones (7.3 y 7.5).
Los resultados de las pruebas muestran que la tendencia de fotodegradación del
catalizador de TiO2/Fe3O4 según la relación en peso es: 80/20, 50/50 y 20/80 (Tabla 1).
Además se evaluó la cinética de reacción, en los primeros 30 min, con base en modelo de
Langmuir-Hinshelwood, y se obtuvo la constante aparente de velocidad (kapp, min-1) para
los catalizadores TiO2/Fe3O4 (80/20, 50/50 y 20/80), Tabla 2. Los resultados muestran
que el catalizador TiO2/Fe3O4 (80/20) presenta un mejor comportamiento en la etapa
inicial del proceso.
Tabla 1.Porcentajes de decoloración de las soluciones de azul de metileno AM.
Catalizador % Decoloración
AM, 30 ppm
TiO2/Fe3O4 (80/20) 93.0
TiO2/Fe3O4 (50/50) 83.5
TiO2/Fe3O4 (20/80) 65.0
114
Figura 1. Cinética de decoloración de azul de metileno para catalizador TiO2/Fe3O4
Tabla 2. Constante aparente de velocidad de primer orden (kapp) en la decoloración de
soluciones de azul de metileno
Catalizador % Decoloración (30 min) kapp (min-1)
TiO2 53.86 0.0270
TiO2/Fe3O4 (80/20) 63.34 0.0342
TiO2/Fe3O4 (50/50) 58.20 0.0324
TiO2/Fe3O4 (20/80) 34.26 0.0166
Fe3O4 2.61 0.0009
Palabras clave: Azul de Metileno; TiO2/Fe3O4; Fotocatálisis; Langmuir-Hinshelwood
Tabla de contenido
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0 20 40 60 80 100 120 140
Co
nce
ntr
ació
n (p
pm
)
Tiempo (min)
TiO2/Fe3O4 (80/20)
115
Evaluación de la actividad fotocatalítica de estructuras
unidimensionales del multiferróico BiFeO3 en la degradación del
colorante índigo carmín.
Marcela Castroa, Juan García-Posada
a, R. Torres
b, Carlos Ostos
a*
a Grupo CATALAD, Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52 – 21, Medellín,
Colombia. b
Grupo GIRAB, Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52 – 21, Medellín,
Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
Los materiales multiferróicos son de gran interés dado que presentan un tipo de
ordenamiento eléctrico y magnético de manera acoplada y simultánea, incluso por encima
de temperatura ambiente. Estas propiedades físicas sugieren un amplio abanico de
aplicaciones tecnológicas, ie. fabricación de dispositivos magnetoeléctricos, espintrónica,
entre otros, y para nuestro caso de interés, estos materiales también presentan una
elevada potencialidad en el campo de la fotocatálisis heterogénea. Este es el caso del
multiferróico BiFeO3, un óxido semiconductor utilizado en la degradación de material
orgánico bajo radiación UV-Vis (Egap 2,7 eV). Por ejemplo, se ha reportado
recientemente el uso de nanopartículas (0D) de BiFeO3 en la degradación de rojo congo y
azul de metileno en fase acuosa diluida. Sin embargo, los reportes de la actividad
fotocatalítica de este material en sistemas unidimensionales (1D) son aún incipientes y se
requiere una mayor investigación.
En este trabajo se fabricaron nanoestructuras unidimensionales (ie. nanovarillas y
nanotubos) de BiFeO3 por medio de un método sol-gel, utilizando membranas de óxido de
aluminio anodizado (AAO) como plantillas de autoensamblaje. El uso de estas plantillas
permitió un control adecuado de la dimensionalidad del material, y favoreció las
condiciones de síntesis dada su estabilidad a altas temperaturas y su compatibilidad con
medios acuosos y orgánicos.
El método sol-gel empleado consistió de la formación de un gel a partir de soluciones de
Bi(NO3)3·5H2O y Fe(NO3)3·9H2O en 2-metoxietanol, para después sumergir las
membranas de AAO con diámetro de poro de 200nm (Whatman Anodisc 13) en la
solución precursora por 20 minutos, y calcinar finalmente en flujo aire a 700°C durante
30min. El proceso global permitió obtener la formación mayoritaria de nanotubos de
BiFeO3 en el interior del arreglo poroso de la membrana. La microestructura de los
nanotubos de BiFeO3 se evaluó mediante la técnica de difracción de rayos-X (XRD), y las
microscopías electrónicas de barrido y transmisión (SEM y TEM). Las propiedades de
116
absorción y el cálculo del band gap óptico se realizó mediante la técnica de
espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa. Finalmente, se evaluó la actividad
fotocatalítica de los nanotubos de BiFeO3 en la degradación del colorante índigo carmín
en solución acuosa diluida bajo exposición de radiación UV-Vis. Para ello se prepararon
soluciones acuosas del colorante con diferentes cantidades de catalizador (10, 20, 30
mg/L), las cuáles permanecieron en agitación magnética en la oscuridad por 10 minutos
hasta alcanzar el equilibrio adsorción-desorción en el sistema, y se determinó la
degradación del colorante a diferentes intervalos de tiempo con base en su zona de
absorción (λ=611nm) usando un espectrofotómetro UV-Visible.
Los resultados obtenidos demostraron una eficiente actividad fotocatalítica de estas
nanoestructuras para la degradación de colorantes orgánicos, con potencial aplicación en
el tratamiento de aguas residuales de la industria textil de Medellín. Los datos obtenidos
se analizaron de manera comparativa con otros sistemas 0D reportados en la literatura,
en términos de su actividad y su relación con el área superficial del material.
Este trabajo fue financiado parcialmente por los proyectos CODI-UdeA (2014-889) y
Sostenibilidad-UdeA 2013, y el proyecto COLCIENCIAS #111565843400.
Palabras clave: fotocatálisis; multiferróico semiconductor; nanoestructuras
unidimensionales; membranas de óxido de aluminio anodizado.
Tabla de contenido
117
Evaluación de la actividad fotocatalítica de las perovskitas tipo
PLZT y PBZT sintetizadas por la ruta Pechini.
Jhon Burbano*a, Ximena Delgado
b, Jenny Mera
c.
a Grupo de Investigación en Materiales Cerámicos y Vítreos, Universidad de Nariño, Pasto,
Colombia, Código postal: 520001. b
Grupo de Investigación en Materiales Funcionales y Catálisis GIMFC, Universidad de Nariño,
Pasto, Colombia, Código postal:520001. c Grupo de Investigación en Materiales Cerámicos y Vítreos, Universidad de Nariño, Pasto,
Colombia, Código postal: 520001.
Email: [email protected],
Resumen
En este trabajo se sintetizaron los sistemas Pb1-xLaxZr0,40Ti0,60O3 y Pb1-xBaxZr0,40Ti0,60O3, se
analizaron las características estructurales y las correlaciones con sus propiedades
químicas y físicas partiendo desde el método de obtención.
Las muestras cerámicas fueron sintetizadas por la ruta de precursores poliméricos
Pechini, para los sistemas de x = 0,0; 0,5 y 1,0. Con relación a la estructura, medidas de
difracción de rayos x mostraron una disminución en el grado de tetragonalidad con un
aumento de las concentraciones de cationes sustituyentes, que fue atribuido a la
formación de vacancias en los sitios A (caso de La) y la diferencia entre los radios iónicos
(caso de Ba) generando un cambio a simetría cubica. Los resultados obtenidos por la
técnica de espectroscopia Raman, indican también tipos característicos de los modos
vibracionales de los distintos óxidos dependiendo de su estructura local.
Las muestras cerámicas fueron analizadas también por microscopia electrónica de barrido
(MEB) con el fin de estudiar su influencia morfológica, encontrando partículas compactas
y estrechas con un alto grado de distribución; la composición estequiométrica obtenida
por EDS, mostró que en cada uno de los compuestos obtenidos, solo se encontraron los
elementos que componen las perovskitas, con valores próximos a las relaciones molares
de la estructura esperada.
Alteraciones estructurales en función de la composición fueron también responsables de
en la variación de la brecha energética, resultados obtenidos por el análisis mediante la
técnica de reflectancia difusa.
Finalmente, teniendo en cuenta, que dentro de los procesos de descontaminación y
remediación de aguas contaminadas, se destaca la fotocatálisis heterogénea, este estudio
se desarrolló en el presente trabajo para degradar azul de metileno diluido a 10 ppm y pH
9 al utilizar óxidos tipo perovskita Pb1-xRxZr0,40Ti0,60O3 (R=La, Ba), se planteó la
degradación con el uso de dichas perovskitas como fotocatalizador sometidas a
118
irradiación UV , a un tiempo de reacción de 3 horas, determinando un porcentaje de
degradación máximo de 71,67 % correspondiente a la muestra Ba1,0Zr0,40Ti0,60O3.
Palabras clave: Perovskitas; Pechini; fotocatálisis; azul de metileno.
Tabla de contenido
119
Evaluación de la remediación de aguas residuales con clorofenol
a partir de un tratamiento fotocatalítico - biológico.
Lady Stephanie López Ibarra
a* Cesar Augusto Quiñones Segura
b.
a,b Fundación Universidad de América, Bogotá, Colombia, Código postal: 111011.
Email: [email protected]
Resumen
En la actualidad, un ambiente libre de contaminantes es un requerimiento vital para el
balance natural y más allá de esto, una necesidad apremiante para los seres vivos en
general. Estudios preliminares han evaluado el uso de tecnologías combinadas para el
tratamiento de aguas con alto contenido de compuestos orgánicos no biodegradables
provenientes de distintas industrias químicas. El aumento gradual de los desechos
químicos peligrosos ha despertado preocupación, lo que ha resultado en contaminación
ambiental severa. En particular, contaminantes orgánicos clorados como lo son los
pesticidas, estos pueden ser encontrados tanto en el aire como en el agua, pues suponen
un problema persistente debido a su alta solubilidad en el agua, baja absorción en los
suelos, toxicidad y estabilidad química.
Recientemente, se ha otorgado primordial interés a los estudios que emplean las
tecnologías avanzadas de oxidación como lo es la fotocatálisis heterogénea con dióxido
de titanio (TiO2) acopladas a tratamientos de degradación biológica, siendo la fotocatálisis
heterogénea empleada como pre-tratamiento debido a que puede convertir las especies
iónicas en su forma sólida metálica y depositarlas sobre la superficie del semiconductor, o
bien transformar compuestos orgánicos en otras especies solubles menos contaminantes.
En adición, los tratamientos biológicos son reconocidos pioneros en la biodegradación de
aguas residuales, siendo éstos los más compatibles ambientalmente. Estudios
preliminares han demostrado la evaluación tanto del proceso fotocatalítico como del
tratamiento biológico en solitario para la disminución de compuestos clorados, no
obstante, se observó bajo rendimiento y altos tiempos de degradación. En base a lo
anteriormente mencionado, el fundamento de este proyecto es la unión de un fotorreactor
con un biorreactor para la remediación de aguas residuales que contienen clorofenol, con
el fin de evaluar el desempeño del tratamiento integrado para así disminuir la
concentración de este compuesto en el agua.
Con el fin de obtener resultados satisfactorios, este estudio comprende las siguientes
etapas: La primera etapa comprende toda la revisión bibliográfica pertinente al tema, a su
vez, también se establece el método de disposición del fotocatalizador en el fotorreactor.
A partir del método de fijación – disposición y clase de TiO2 a emplear en el fotorreactor,
se procede a construir el fotorreactor, lo cual contempla: Determinar el material, sus
120
dimensiones y otros elementos que sean necesarios según condiciones previamente
establecidas (agitación, chaquetas de enfriamiento, circulación de agua, entre otros). Una
vez construido el fotorreactor, se procede a construir el biorreactor complementario que
emplea lodos activados como inóculo para el sistema acoplado y finalmente se procede a
realizar la puesta en marcha.
En cuanto a los resultados obtenidos, puede destacarse el estudio del periodo de
aclimatación de los lodos activados, la realización de la técnica de cuantificación de
fenoles por método espectrofotométrico directo y finalmente la evaluación del
fotocatalizador en suspensión. En concordancia con lo mencionado anteriormente, se
espera la disminución significativa de clorofenol en aguas residuales, para cuantificar
dichas concentraciones se emplearán pruebas propuestas por diversas entidades, tales
como la demanda química de oxígeno, carbono orgánico total, entre otras.
Palabras clave: Fotocatálisis; Biodegradación; Clorofenol; Dióxido de titanio (TiO2);
Lodos activados.
Tabla de contenido
121
Evaluación de la selectividad de un catalizador de oro soportado
sobre alúmina en la reacción de oxidación del ciclohexeno.
Roger Gómeza*, Mario Barrera
b, Cecilia Caballero
c, Juan Oviedo
d
a,b,c,d Universidad de Córdoba, Córdoba, Colombia A.A. N° 354
Email: a*[email protected],
Resumen
Se estudió la reacción de oxidación de ciclohexeno en fase liquida para la obtención de
(epoxiciclohexano, 2-ciclohexen-1-ona, 2-ciclohexen-1-ol) con un catalizador de oro
soportado sobre alúmina (Au/–Al2O3). El catalizador este se preparó por el método de
precipitación–deposición a partir de disoluciones acuosas de ácido tetracloroaurico
(HAuCl4), ácido cítrico (2% m/v) y alcohol polivinílico, Para el soporte se partió de boehmita,
esta se calcinó a 773 K. La cantidad de metal se determinó mediante absorción atómica, el
sistema soportado se calcinó a 573 K en atmósfera de aire. El área superficial y la
distribución de tamaños de poro del catalizador se obtuvieron a partir de isotermas de
adsorción–desorción de nitrógeno a 77 K los resultados muestran un contenido de oro en el
soporte de 0,010%; área superficial (SBET) de 230 m2g–1 y tamaños promedio de poros
(dprom) 50 Å. Para estudios microestructurales se realizaron micrografías TEM del para
sistema Au/–Al2O3 donde se pueden observar pocas partículas de oro de formas esféricas
y alargadas con tamaños que están en el intervalo de 3 a 30 nm.
Como catalizadores de comparación para evaluación de la actividad y selectividad del
sistema (Au/–Al2O3) se utilizaron óxidos tipo perovskita Co(0.0) y Co(0.7), que son
catalizadores de LaCoO3 sin sustitución preparados a temperatura ambiente y calcinado a
700 °C respectivamente.
El sistema de reacción estuvo formado por tubo de ensayo al que se adicionaron 360 µL de
ciclohexeno 0,35 M, 140 µL de Hexano 0,1 M (estándar interno); 0,2 g de yodosilbenceno
(phIO) como agente oxidante; 50mg de catalizador; 7,5 ml de diclorometano como solvente.
Se sometió agitación constante a temperatura de 25 y presión de 759 mm Hg. El
seguimiento de la reacción se realizó por cromatografía de gas.
La evaluación catalítica muestra resultados relevantes de selectividad y conversión para el
sistema Au/–Al2O3 respecto a los óxidos tipo perovskita, presentando los mayores niveles
de conversión de 70.4 % principalmente hacia los productos de 2-ciclohexen-1-ona, 2-
ciclohexen-1-ol y epoxiciclohexano, y porcentajes de selectividad de 31,7; 25,8 y 13,3
respectivamente; Este comportamiento se atribuye principalmente a la presencia de
especies de oro en el soporte de alúmina y a su eficiente interactividad que tiene esté en
sus sitios activos; así como el grado de dispersión del mismo. Otra causa de este
122
comportamiento es debido también al pequeño tamaño de partícula del sólido; ya que por
estudios realizados se ha comprobado que esté presenta mayor desarrollo de reacción al
presentar esta característica. Otro aspecto a resaltar de estos resultados es debido a la
acidez intermedia del soporte, así como su moderada interacción de esté con el metal.
Palabras clave: Ciclohexeno; γ-Alúmina; perovskita.
Tabla de contenido
123
Evaluación de la temperatura en la películaTiO2/CuO/Ag y su efecto
antimicrobiano sobre Escherichia coli en luz visible
Andrés Rodolfo León González
a*, Cesar Augusto Quiñones
b, Adriana Inés Páez Morales
c.
a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected], [email protected],
Resumen
Actualmente la falta de plantas de tratamiento de agua potable para atender la creciente
demanda de la población colombiana ha sido un reto para la mayoría de las
administraciones municipales, debido a la falta de interés por preservar este recurso natural
no renovable. A esto se suma la ausencia de legislaciones más rigurosas por parte de la
institucionalidad para controlar el desecho de las aguas contaminadas provenientes de las
diferentes industrias, (química, petrolera, agroindustria, etc.) y evitar que estos desechos
lleguen a los cuerpos de agua.
En la presente investigación se estudió el desarrollo de diferentes materiales de fácil
acceso que reaccionen con luz visible y degraden contaminantes presentes en el agua,
estudios preliminares han resaltado el potencial y la actividad del dióxido de titanio ante la
degradación y eliminación de material orgánico presente en aguas residuales, además Se
han implementado los procesos de oxidación avanzada como alternativa tecnológicamente
viable y novedosa para el tratamiento de aguas.
Estos métodos ofrecen la ventaja de la destrucción de los contaminantes, en contraste con
las técnicas convencionales, tales como el carbono activado. De esta manera, los
compuestos orgánicos e inorgánicos, incluso microorganismos, se degradan
transformándose en sustancias menos nocivas. La característica común de todos los
procesos de oxidación avanzada es la generación de radicales libres muy reactivos,
principalmente radicales hidroxilo.
Se han realizado múltiples investigaciones cuya finalidad es conocer la proporción
adecuada de la mezcla TiO2/CuO y así obtener un material de auto limpieza, es decir que al
estar presentes sobre la superficie reaccionen con la luz visible y no se pueda alojar ningún
microorganismo, además se garantice que no pueda crecer ni formar colonias.
Se realizaron pruebas para la inactivación de E. coli mediante un fotocatalizador de
TiO2/CuO/Ag soportado en vidrio, este catalizador fue preparado mediante impregnación
húmeda, en esta técnica de deposición, una capa de un compuesto en suspensión es
transferida a un substrato por medio de un proceso difusivo, la cual consiste en 4 pasos: 1.
Deposición: se coloca el sustrato en exceso que se quiere adherir en el vidrio. 2. Spin Up:
se aplica una velocidad al sustrato para dar uniformidad y formar la película delgada 3. Spin
Off: la velocidad elimina el exceso de sustrato y reduce espesor de la capa depositada
124
sobre la película. 4. Evaporación: Se evapora las sustancias volátiles de la película la
evaluación de la actividad fotocatalítica de este material se realizó mediante la degradación
de una solución de azul de metileno.
En la degradación de azul de metileno, se realizaran degradaciones partiendo de una
concentración inicial de 7 ppm sobre películas dióxido de titanio, oxido de cobre y plata a
diferentes temperaturas de calcinación, se espera que en la fotodegradación el catalizador
obtenido de la mezcla TiO2/CuO/Ag, reduzca en la menor cantidad de tiempo la
concentración inicial de azul de metileno y finalmente se partirá de una concentración
conocida de unidades formadoras de colonia de E. coli, usando estándares de turbidez de
McFarland, posteriormente se realiza la fotorreacción que consiste en poner en contacto las
películas obtenidas, con la bacteria E. coli y registrar el tiempo que transcurre para la
reducción de esta bacteria.
El catalizador obtenido de dióxido de titanio (TiO2), oxido de cobre (CuO) y plata (Ag) fue
caracterizado morfológicamente mediante el análisis Microscopio electrónico de barrido, y
estructuralmente por el detector de rayos X de dispersión de energías.
Palabras claves: Dióxido de titanio, Fotocatalizador, Escherichia coli
Tabla de contenido
125
Evaluación del efecto de la temperatura en la cinética de
degradación fotocatalítica heterogénea de azul de metileno
Marena Molano y Miguel Angel Mueses*.
Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación,
Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia, A.A. 1382
Postal 195.
Email: *[email protected]
Resumen
Los mecanismos de reacción de sistemas de fotocatálisis heterogénea no incluyen
efectos de la temperatura en los parámetros cinéticos. La temperatura de operación de
fotorreactores es considerada constante en todas las aplicaciones con lámparas UV, dado
que la potencia de las lámparas no generan calentamiento apreciable que implique las
consideraciones del balance de energía térmica. Sin embargo, a escala solar la potencia
energética del espectro genera cambios significativos en la temperatura del fluido de
reacción, por tanto se requiere de una evaluación exhaustiva de este parámetro en la
cinética de reacciones fotocatalíticas usando radiación solar.
En este trabajo se presentan los resultados previos asociados al calentamiento del agua
de proceso y su perfil térmico durante la reacción de degradación fotocatalítica
heterogénea del azul de metileno, un compuesto patrón usado convencionalmente en
ingiería de fotoreactores y en fotoquímica.
Para conocer el comportamiento de la temperatura, se circuló agua en un reactor solar
tipo colector parabólico compuesto (CPC), así mismo, una solución compuesta por de
dióxido de titanio (Degussa P-25) y azul de metileno con pH inicial a 6. En los resultados
consignados en la Figura N°1., claramente se nota el comportamiento exponencial de la
temperatura y su relación con la concentración de contaminante y catalizador, lo anterior
permite establecer una relación de la intensidad de la luz con la velocidad de reacción a
través de la temperatura. Los incrementos de temperatura debidos al sol y a la energía
que agrega el sistema favorecen la eficiencia del proceso, debido al descenso de la
energía libre de Gibbs cuando la temperatura aumenta. Así, el aumento de la velocidad de
reacción se debe a un aumento de la energía térmica disponible, esto permitirá el uso de
un fotón del espectro solar previamente no utilizado en los dispositivos de conversión de
energía y más producción de radicales hidroxilo a elevadas temperaturas.
126
Figura 1. Datos experimentales del cambio de temperatura en un CPC a escala piloto
solar.
Palabras clave: Fotocatálisis Heterogénea, Azul de Metileno, Reactor CPC, Cinética
fotocatalítica
Tabla de contenido
20
25
30
35
40
45
50
0 50 100 150 200 250 300
Tem
per
atu
ra (°C
)
Tiempo (min.)
Sistema 1 Sistema 2 Ccat=1 g/L, Ci,o=0.03 g/L
127
Evaluación del efecto de la temperatura en la descomposición del
2-propanol catalizada con LaFeO3
Cecilia Caballeroa, Juan Oviedo
a, Mario Barrera
a.
a Universidad de Córdoba, Carrera 6
a# 76-103 Montería, Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
Los óxidos tipo perovskita son de importante interés industrial por su gran actividad y
selectividad. En este trabajo se propuso evaluar la actividad catalítica del óxido de hierro
LaFeO3, en la reacción de descomposición del 2-propanol a 40, 50, 60 y 70°C como
temperaturas de reacción, cuyos productos son importantes a nivel industrial. La
producción de propeno indica un medio ácido, mientras que la producción de acetona
indica un medio básico. La evaluación de la actividad catalítica de las muestras se realizó
en un sistema cerrado, manteniendo las temperaturas de reacción constantes durante 180
minutos y monitoreando la reacción cada 5 min durante la primera hora, luego la segunda
hora cada 15 min y por último cada 30 min. Las mezclas extraídas fueron analizadas
utilizando la técnica de espectroscopia ultravioleta visible . El resultado preliminar de esta
investigación fue la conversión del isopropanol a acetona a una temperatura de reacción
de 70°C en un porcentaje menor a 10%.
Palabras claves: perovskita, actividad catalítica, 2-propanol.
Tabla de contenido
128
Evaluación del funcionamiento de fibra textil modificada con
TiO2/AC para la remoción de fenol en medio acuoso.
Andrea del Pilar Villa Jamaica
a*, Cesar Quiñones Segura
b, Andrés Felipe Loaiza
c*
a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
En esta investigación se estudia el proceso de degradación de fenol en medio acuoso por
fotocatálisis heterogénea como un Proceso Avanzado de Oxidación (AOP), el cual
promete ser una estrategia viable para la mineralización de compuestos orgánicos tóxicos
bajo radiación UV. Para ello se plantea una hipótesis donde se cuestiona si una mezcla
de Dióxido de Titanio (TiO2) y carbón Activado (AC) al soportarse en fibras textiles, logra
degradar una concentración de fenol existente en el agua y si es posible cuantificar dicha
degradación por un método colorimétrico. Para responder esta hipótesis inicialmente se
utilizan tres fibras textiles lino, nylon y seda y se impregna TiO2 y AC por el método agente
ligante, luego se realiza una figura de mérito la cual tiene en cuenta propiedades como
adherencia, uniformidad, espesor y actividad fotocatalítica donde se concluye que la fibra
textil que mejor se comporta es lino, además se caracteriza por Microscopía electrónica
de Barrido (SEM) y se muestra que en la fibra textil se presenta la existencia tanto de TiO2
como de Carbón activado, esto demuestra que una fibra textil es un excelente material de
soporte el cual podría reemplazar fácilmente superficies como vidrio y materiales
plásticos. Al tener la mezcla TiO2/AC soportada se realiza degradación del contaminante,
para lograr esto se adecua la fibra textil modificada a un sistema de remoción sencillo
donde se utiliza un recipiente de material PET, un arreglo de LED´s en la región visible del
espectro electromagnético y un sistema de agitación, esto con el fin de utilizar materiales
reciclables y reemplazar la radiación UV debido a que esta presenta grandes peligros
para el ser humano. Se utiliza una solución de 20ppm de fenol y cada 10 minutos se
toman datos de degradación por espectrofotometría.
En la degradación de fenol se estudia la concentración final de este en la solución a
través del método azul de prusia, donde reacciones generadas por sustancias como
Ferrocianuro de Potasio y Cloruro de Hierro indican la presencia de fenol en solución
acuosa generando una coloración donde el producto final es azul de prusia, teniendo en
cuenta que es un método colorimétrico, la intensidad de la coloración identifica la
concentración de fenol existente en cada solución, al conocer esto se realizan
degradaciones y se muestran medidas de absorbancia que indican que la concentración
de fenol disminuye de 20ppm a 6ppm en 50 minutos, lo que indica que la modificación de
una fibra textil con TiO2/AC es un sistema excelente ya que además de utilizar un
catalizador que es económico, de fácil acceso y con gran actividad fotocatalítica, utiliza un
129
material adsorbente lo cual permite que se genere un mayor contacto del catalizador con
el contaminante y por lo tanto, presenta una gran aplicación en la degradación de fenol en
medio acuoso, además se evidencia que el equipo de remoción utilizado a pesar de que
es ecológico funciona correctamente y que la radiación visible utilizada no altera el
funcionamiento del catalizador.
Por último cabe mencionar que esta investigación se realiza con el fin de buscar sistemas
ecológicos de degradación que sean igual o mejores que los convencionales, además de
reducir notablemente los contaminantes que afectan de manera significativa la calidad del
agua y por lo tanto la calidad de vida del ser humano.
Palabras Clave: Agente ligante; Fenol; TiO2; Fibra textil; Sistema de remoción;
Carbón Activado.
Tabla de contenido
130
Evaluación del método de fijación de TiO2 en polímero (PET) para
aplicación en un fotorreactor.
Diana Carolina Barrera Tocaa*, Cristian Andrés Monroy Leyton
b*, Cesar Quiñones Segura
c.
a,b,c Grupo de Materiales Fotoactivos, Fundación universidad de América , Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
En el proceso de fotocatálisis heterogénea, el dióxido de titanio (TiO2) es el más usado
porque posee una excelente actividad fotocatalitica que permite la degradación de
contaminantes tanto en afluentes líquidos como gaseosos, también presenta ventajas con
respecto a otros catalizadores porque es una especie inocua, no toxica, estable tanto
química como físicamente, además cuenta con amplia disponibilidad y es posible
encontrarlo a un costo moderado, dichas características lo hacen bastante útil y efectivo
para realizar procesos de fotodegradación.
Cuando el dióxido de titanio (TiO2) se usa en suspensión se presenta un gran
inconveniente que es la fase de separación del mismo después de que se ha efectuado la
degradación, por ello nace la necesidad de implementar etapas de filtración para realizar
la recuperación del semiconductor. Para solucionar este inconveniente el fotocatalizador
debe ser inmovilizado en un soporte, de tal manera que se eviten fases de post-
tratamiento. Generalmente, el dióxido de titanio (TiO2) es soportado sobre placas de vidrio
y aluminio, que permiten inmovilizar el fotocatalizador en forma de películas delgadas, y
aunque se eliminan problemas que se presentan cuando el dióxido de titanio (TiO2) está
en suspensión, estos soportes no son realmente efectivos, debido a su alto costo en el
caso del aluminio y la fragilidad en el caso del vidrio. Es por eso, que este proyecto de
investigación busca depositar películas de TiO2 en poli (etileno tereftalato) (PET), como
una alternativa viable para reemplazar los soportes convencionales.
El PET ha sido seleccionado debido a que es un polímero poco utilizado para el soporte
de películas, además se constituye como uno de los sustratos que se puede encontrar
comúnmente en la industria y que busca reemplazar materiales tradicionales como
metales, fibras, vidrios y cerámicos, por sus propiedades tales como menos peso,
facilidad de producción, excelente resistencia mecánica y química, amortiguación y alta
resistencia al desgaste; todo esto permite que sea una buena opción para la elección de
un material para depositar TiO2.
El objetivo principal de este proyecto es evaluar un método de fijación de TiO2 sobre
polímero PET para la aplicación en un fotorreactor, que se desarrollará mediante
cuatro fases que corresponden a cada uno de los objetivos específicos. En la primera
fase se determinarán los parámetros más importantes para la fijación de la película,
encontrando mediante una exhaustiva revisión bibliográfica el método que permite
131
llevar a cabo el proceso de deposición del semiconductor en el polímero. Posteriormente
en la segunda fase se sintetizará la película, teniendo en cuenta que es necesario
realizar pruebas de adherencia y resistencia que confirmarán si las películas realizadas
son aptas para hacer degradaciones. En la fase tres se caracterizarán las películas
mediante microscopia electrónica de barrido y difracción con rayos X, finalmente en la
fase cuatro se harán pruebas de actividad fotacatalítica haciendo degradaciones del
colorante azul de metileno.
En cuanto a los avances que se pueden destacar en este proyecto que se encuentra en
curso, se puede resaltar que teniendo en cuenta que en el mercado existen diferentes
tipos de TiO2, el escogido para realizar las películas es Degussa P-25 porque este
presenta por un 80% de estructura cristalina en forma de anatasa que generalmente
exhibe el mejor comportamiento fotocatalítico y 20% como rutilo que es la fase más
estable de TiO2; sin embargo su energía de banda gap Eg (3,1 eV) limita su uso sólo a las
radiaciones ultravioleta por lo cual se utilizarán leds ultravioleta de alta potencia para
activación del semiconductor. El PET tiene la desventaja que puede degradarse en
presencia de radiación UV, en el caso de que se presente un daño en el sustrato durante
la exposición a esta radiación, se optará por depositar una capa protectora de óxido de
silicio (SiO2) o acoplar el TiO2 con otro semiconductor para utilizar el polímero bajo
degradaciones en espectro visible. Por último, para comprobar la actividad fotocatalitica
de las películas se ha elegido azul de metileno porque posee una estructura química
compleja que nos garantiza que si realiza la degradación de este colorante estas películas
podrían degradar otro tipo de contaminantes.
Palabras clave: Fotocatálisis; Poli (etileno tereftalato) (PET); Dioxido de Titanio
(TiO2); radiación UV, Soportar.
Tabla de contenido
132
Evaluación del tipo de scattering en la descripción del campo
radiante de reactores fotocatalíticos heterogéneos usando
simulación Monte Carlo
Raúl Acosta Herazo
a, Jesús Monterroza Romero
b y Miguel Ángel Mueses
c*.
Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación,
MAOTs, Programa de Ingeniería Química, Universidad De Cartagena, Cartagena, Colombia A.A.
1382-Postal 195.
Email: [email protected],
Resumen
El conocimiento de la distribución espacial de la energía radiante absorbida por el
fotorreactor (campo radiante), es necesario para la descripción de la cinética fotocatalítica
y el comportamiento óptico del sistema, aspectos críticos en el diseño y escalado. En
consecuencia, la estimación de la velocidad volumétrica de absorción de fotones ó
LVRPA, variable empleada para evaluar el campo radiante, requiere de una apropiada
caracterización de la absorción-scattering de radiación por las partículas en suspensión.
Si bien, no hay consenso sobre cuál es el tipo de scattering de los fotocatalizadores de
uso extendido en el área, el efecto sobre el modelado y optimización del fotorreactor es
relevante en el cálculo de la LVRPA y por tanto requiere de un tratamiento especial en
este tipo de modelos.
La presente investigación propone un análisis de la influencia del tipo de scattering sobre
las magnitudes y parámetros típicamente empleados en el diseño y optimización de los
fotorreactores. Para ello, se realizaron estimaciones de la LVRPA en un fotorreactor de
geometría plana implementando simulación Monte Carlo y la función de fase Henyey-
Greenstein para la cuantificación del scattering, ya que ésta permite representar el modo
de scattering como función de un factor de asimetría “g” cuyos valores varían desde -1 a
1, donde el primero indica scattering completamente “hacia atrás” y el segundo
completamente “hacia adelante”. Las simulaciones se llevaron a cabo estableciendo
magnitudes normalizadas, de tal manera que los resultados obtenidos sean
independientes de las dimensiones y condiciones de operación del reactor y su
comportamiento óptico sólo sea caracterizado por tres parámetros: espesor óptico, factor
de asimetría y albedo de scattering.
Se consideró además, el efecto de estos parámetros sobre la “radiación total absorbida
por el reactor” (TRPA) normalizada, definida como la integral sobre el volumen del reactor
de la LVRPA normalizada con respecto a la radiación total absorción por el volumen del
reactor hipotetica (LVRPA/(I0/L)). La Figura 1 muestra los resultados obtenidos para un
albedo de scattering de 0.9 (valor cercano al reportado para el TiO2-P25).
133
Figura 1 : a) Efecto del espesor óptico sobre la TRPA normalizada con respecto a
variaciones en el factor de asimetría. b) Efecto del factor de asimetría sobre la TRPA
normalizada con respecto a variaciones en el espesor óptico.
Los resultados obtenidos muestran que el modo de scattering es determinante en la
evaluación de la absorción de radiación por el reactor, ésta última se favorece por
scattering predominantemente “hacia adelante”, el espesor óptico que optimiza la
absorción de radiación depende del modo de scattering, es posible encontrar una valor
del coeficiente de asimetría que optimiza la absorción de radiación para un espesor óptico
dado.
Palabras clave: Campo Radiante, Scattering, Espesor Óptico, TRPA, función de
fase Henyey-Greenstein.
Tabla de contenido
134
Fotocatálisis para el tratamiento de agua residual microbiológica
usando TiO2 sensibilizado con un colorante natural y luz visible
Juan Ramíreza, Adriana Suan
b, Aura M. Pedroza
c, Carlos E. Daza
d*.
a,b Grupo de Fitoquímica, Departamento de Química, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7
No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. c Grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial, Departamento de Microbiología, Pontificia
Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. d Estado Sólido y Catálisis Ambiental, Departamento de Química, Universidad Nacional de
Colombia, Carrera 30 No. 45-03, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Se empleó la fotocatálisis con TiO2 en suspensión bajo luz visible para el tratamiento de
una muestra de agua real proveniente de prácticas microbiológicas, contaminada con
colorantes, compuestos orgánicos y microorganismos patógenos. Se utilizó un colorante
natural extraído de Picramnia sellowii como agente sensibilizante del TiO2 con el objetivo
de disminuir el valor de la brecha de energía del semiconductor. Se estudió el efecto que
tiene la cantidad de colorante (expresada en %p/p) sobre la actividad fotocatalítica del
TiO2 en suspensión. La sensibilización del TiO2 en polvo se llevó a cabo por impregnación
húmeda en spin-coating con tres concentraciones: 1,5 %, 3 % y 30 % m/m. Los
catalizadores fueron evaluados en un reactor tipo Batch bajo condiciones controladas de
temperatura, pH y alimentación de oxígeno. Se determinó la disminución en los
porcentajes de color y carbono orgánico total (COT) así como la inactivación de
heterótrofos totales. Se obtuvieron los mejores porcentajes de abatimiento de color (82 %)
y remoción de COT (68 %) con el catalizador con 1,5 %p/p de colorante. Estas evidencias
indicaron que la concentración de colorante natural en el TiO2 tiene influencia significativa
en los tratamientos, dándose un mejor resultado cuando la concentración del
sensibilizante es baja. Por su parte, se encontró que la mayor inactivación de la población
microbiana (10 %) en el cuerpo de agua se logró con el catalizador al 30% p/p de
colorante, lo cual puede deberse a la lixiviación del colorante y a su efecto bactericida.
Los resultados encontrados señalaron que el catalizador sensibilizado con el colorante
natural es promisorio para el tratamiento de aguas residuales en términos de color y COT
bajo luz visible, y de bajo rendimiento en la inactivación de microorganismos.
Palabras clave: Fotocatálisis; dióxido de titanio; sensibilización; agua residual;
catálisis ambiental.
135
Tabla de contenido
136
Fotodegradación catalítica de ácidos carboxílicos de cadena
corta sobre UV/TiO2: correlaciones QSPR estructura-parámetros
cinéticos.
Yuli M. Henao-Hoyosa, Daniel Barragán
a,*.
a Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La descarboxilación foto-activada de ácidos carboxílicos sobre TiO2 es objeto de una
extensa investigación, ya sea por el interés en la remediación de sitios contaminados o
por el interés científico en comprender el acople entre los diferentes procesos
involucrados durante la degradación. La foto-activación del catalizador se explica
mediante la formación del par electrón-hueco, mientras que la descarboxilación de la
molécula del ácido se explica mediante un acople entre el proceso foto-físico y una
secuencia de rutas paralelas de reacciones de oxidación-reducción. Al proceso acoplado
se le conoce como mecanismo foto-Kolbe. Si bien hay un importante número de
publicaciones dirigidas a aportar a la comprensión del mecanismo de foto-degración de
moléculas orgánicas de diferente naturaleza, aún faltan muchos aspectos cinéticos,
termodinámicos, en general fisicoquímicos por elucidar. En este trabajo mostramos los
resultados obtenidos en el estudio de la descarboxilación de ácidos carboxílicos de
cadena corta asistida por UV/TiO2, hasta cuatro átomos de carbono. Experimentalmente
se estudió la cinética de foto-degradación ajustando los datos experimentales a un
modelo tipo Langmuir-Hinshelwood. Teóricamente, basados en los modelos grafos
moleculares, se calcularon diferentes índices topológicos (descriptores constitucionales
(Se), índices de conectividad Chi (0χp, 0χvp), Índices kappa (1κ), índice de estado-E (TIE),
índice de Wiener (W), índices de estado electrotopológico (SsOH, SHsOH)) para cada
una de las moléculas, dando cuenta de la conectividad entre átomos en la estructura
molecular, la distribución de densidad carga, forma, aspectos electrónicos y topológicos.
Finalmente se propuso un modelo de correlación multi-lineal con carácter predictivo entre
los índices grafo-teóricos y los parámetros cinéticos de foto-degradación. Este modelo
muestra que existe una clara correlación entre parámetros estructurales de las moléculas
orgánicas y el proceso cinético de foto-degradación.
Palabras clave: fotocatálisis; dióxido de titanio; ácidos carboxílicos; correlaciones
estructura-propiedad
Tabla de contenido
137
Hidrocraqueo de gasóleo de vacío con catalizadores basados en
zeolita beta
Cecilia Manrique
a*, Adriana Echavarría
a, Alexander Guzmán
b.
a Grupo Catalizadores y Adsorbentes/Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 67 No.
53-108, Medellín, Colombia. b Ecopetrol S.A. Instituto Colombiano del Petróleo ICP. Piedecuesta Santander, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El hidrocraqueo de gasóleos de vacio, es un proceso alternativo utilizado en refinerías
para la producción de destilados medios con bajo contenido de azufre y mayor conversión
de hidrocarburos de alto peso molecular. Este proceso presenta una notable ventaja
respecto al proceso de craqueo catalítico fluidizado, ya que la presencia de hidrógeno
elimina contaminantes como azufre y nitrógeno, mediante la formación de sulfuro de
hidrógeno y amoniaco. La zeolita Beta es considerada como un material potencialmente
útil en hidrocraqueo de gasóleos de vacío debido a sus propiedades catalíticas y alta
estabilidad térmica. Sin embargo su baja selectividad a destilados medios y su alta
selectividad a gasolina, limita su aplicación comercial debido principalmente a las
restricciones de tamaño de poro y propiedades ácidas. Para resolver este problema, las
investigaciones en este campo se han enfocado en desarrollar catalizadores basados en
esta zeolita con mayor estabilidad, conversión y selectividad que permitan generar altos
rendimientos a destilados medios. Los cationes Na+ y K+ en la síntesis de la zeolita beta
no solo actúan como iones compensadores de carga, sino que también influyen en la
velocidad de cristalización y en su tamaño de cristal. Por otro lado, la ausencia de estos
metales en el gel de síntesis permite obtener una zeolita que se caracteriza por su
pequeño tamaño de cristal, su capacidad de formar suspensiones coloidales estables y
porque su calcinación permite obtener la forma acida sin recurrir a procesos de
intercambio catiónico. Pese a que gran parte de la información disponible acerca de la
reacción de hidrocraqueo proviene de investigaciones con moléculas modelo, en los
últimos años ha aumentado el interés en estudiar el comportamiento de catalizadores en
hidrocraqueo utilizando cargas pesadas como gasóleos de vacío, con el propósito
determinar la contribución del catalizador a la obtención de productos interés comercial.
En el presente trabajo se reporta la síntesis de la zeolita beta con y sin la presencia de
metales alcalinos, y se determina su influencia en la actividad de catalizadores para
hidrocraqueo de gasóleo de vacío. Los materiales obtenidos se caracterizaron por
diferentes técnicas analíticas como difracción de rayos X, análisis termogravimétrico y
diferencial, análisis químico, área BET, desorción de amoniaco a temperatura programada
y reducción a temperatura programada. Los tests catalíticos se llevaron a cabo por 110
138
horas en una unidad de pruebas catalíticas del Instituto Colombiano del Petróleo (Planta
Piloto U-860), en un sistema de reacción de lecho fijo, isotérmico y de flujo continuo,
utilizando gasóleo de vacío como alimentación. Las condiciones de reacción fueron: 350
°C, 1500 psi; H2/HC: 1142.85 [lstd/l], LHSV: 1 h-1. La ausencia de metales alcalinos en la
zeolita Beta permite la obtención de un material con mayor volumen de poro y área
mesoporosa. Los catalizadores basados en las zeolitas sintetizadas, mostraron actividad
en la reacción de hidrocraqueo, siendo mayor para aquellos materiales que presentaron
un aumento en los sitios ácidos fuertes. Por otro lado, la selectividad a destilados medios
se vio favorecida en los materiales que presentaron menor mesoporosidad. Todos los
catalizadores presentaron alta estabilidad durante todo el tiempo de reacción.
Palabras clave: Hidrocraqueo; zeolita beta; acidez; catalizadores bifuncionales.
Tabla de contenido
139
Hidrodeoxigenación de glicerol a propilenglicol usando
catalizadores bimetálicos de Cu-Pd/TiO2-Na con diferentes
contenidos Cu y Pd
Alba N. Ardila A.*a, Erasmo Arriola V.
b, Trino A. Zepeda
c y Gustavo A. Fuentes
d.
a Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid. Medellín, Colombia. C.P. 4932.
a,b,d Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Distrito Federal, México. C.P. 09340.
c Universidad Nacional de México, Ensenada, BC., México. C.P. 22800.
Email: [email protected],
Resumen
Recientemente nosotros reportamos la valorización de glicerol mediante su hidrogenólisis
a 1,2-PDO en fase líquida usando un catalizador bimetálico de 5Cu5Pd/TiO2Na.
Encontramos que la actividad y selectividad de este catalizador involucra un efecto
sinergístico entre los dos componentes metálicos, Sin embargo, el efecto y la
optimización de la carga de ambos metales no ha sido aclarada. En este trabajo, se
evaluó una serie de catalizadores bimetálicos de Cu-Pd con diferente carga de Cu y Pd en
la hidrodeoxigenación de glicerol bajo condiciones moderadas.
Una serie de catalizadores bimetálicos de Pd-Cu con diferente contenido de Cu y Pd
soportados sobre TiO2-5%Na se prepararon POR impregnación húmeda sucesiva. Se
seleccionaron 5, 10 y 15% por peso como contenidos de Cu y 0.5, 1.5 y 5% por peso para
el Pd. Los catalizadores se caracterizaron por AAS, XRD, fisisorción de N2, DRS-UV-Vis,
XPS, HRTEM, EDS/TEM y STEM/HAADF. Las reacciones catalíticas se llevaron a cabo
durante 6 h en un reactor Parr Instruments con 50 mL de solución al 20% en peso de
glicerol y 300 mg de cada catalizador a 220°C y 0.7 MPa de H2. Las muestras se
analizaron con un CG (Agilent 6850), un FID y una columna capilar HP-INNOWAX.
Los XRD de los catalizadores no revelaron reflexiones características de Pd, la presencia
de Cu no aleado y CuO es claramente evidente en todas las muestras, principalmente en
aquellas con mayor contenido de Cu y menor de Pd. Se identificó un pico amplio en 2 =
41.186° asignado a la aleación Cu-Pd y cuyo tamaño de cristalito varío entre 2.6-9.6 nm
dependiendo del contenido de Cu y Pd.
La Tabla 1 resume los resultados obtenidos durante las reacciones. Mediante la fijación
de la carga de Cu en 5%, 10% o 15%, el efecto del incremento en la cantidad de Pd
(0.5%, 1.5% y 5% en peso) fue investigado. En los tres casos, un bajo contenido de Pd no
es favorable para la hidrogenólisis de glicerol. Las mayores conversión (65.0, 76.1 y
80.1%) se obtuvieron con 5Cu5Pd, 10Cu-5Pd y 15Cu-5Pd, respectivamente. Además, se
140
observó una dramática caída en la conversión de glicerol de 80% a 45.6% al disminuir el
contenido de Pd de 5% a 0.5%.
Tabla 1. Conversión de glicerol, selectividad al carbono, TOF del glicerol y balance de carbono
después de 6 horas de reacción.
Catalizador
Conversión
de glicerol
(%)
Selectividad al carbono (%) Balance
de
carbono
(%)
TOF
Glicerol
/10-2(s-1)
1,2-
PDO
Aceto
l
CO
2 CO
Otros
*
5Cu5Pd5Na 65.0 85.1 8.3 1.4 0.1 5.1 94.0 11.1
5Cu1.5Pd5
Na 27.3 74.6 20.0
1.0 0.2 4.2 97.0 7.1
5Cu0.5Pd5
Na
24.2 76.2 23.0 0.6 0.2 0 99.0 4.5
10Cu5Pd5N
a
76.2 79.7 13.0 2.2 0.1 5.0 92.4 8.7
10Cu1.5Pd
5Na
45.8 73.0 19.4 0.7 0.2 6.7 90.2 6.0
10Cu0.5Pd
5Na
39.8 74.0 17.1 0.4 0.2 8.3 92.0 5.0
15Cu5Pd5N
a
80.1 83.2 10.8 3.6 0.1 2.3 93.0 10.3
15Cu1.5Pd
5Na
51.0 81.2 12.8 0.3 0.1 5.6 91.8 6.1
15Cu0.5Pd
5Na
45.6 80.7 11.7 0.1 0.1 7.4 95.6 5.9
Se muestra que es posible en presencia de Pd activar el H2 para la hidrogenación sobre
Cu sin necesidad de utilizar altas presiones del mismo, además, al mismo tiempo se
puede acoplar el reformado del glicerol, para producir H2 in situ. Todo esto debido a la
existencia de un efecto sinergístico entre el Cu y el Pd. La conversión de glicerol
incrementó con el aumento de Pd y Cu presente en los catalizadores. La mayor
conversión (80%) se obtuvo con el catalizador 15Cu5PdNa, sin embargo, la mayor
actividad catalítica en términos del TOF se alcanzó con el material 5Cu5Pd5Na. El rango
de carga utilizado para el Cu y el Pd no afectó el tamaño de partículas y las propiedades
texturales de los catalizadores, su efecto se basó principalmente en la formación de una
aleación CuPd, el cambio de las propiedades electrónicas y la formación de diferentes
tipos de configuraciones Cu-Pd en las partículas bimetálicas (aleación uniforme de Cu-Pd,
aleación Cu shell/Pd core, Cu shell/Cu-Pd core y partículas formadas únicamente por Cu
o Pd).
141
Palabras clave: hidrodeoxigenación de glicerol; catalizadores bimetálicos de Cu-Pd;
efecto sinergístico.
Tabla de contenido
142
Hidrogenación de m-dinitrobenceno con catalizadores de Rh
soportados
Andrea Silvaa, José Martínez
a, Jairo Cubillos
a*, Hugo Rojas
a.
a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Se estudió la reacción de hidrogenación de m-dinitrobenceno (m-DNB) en fase líquida
para la obtención de m-nitroanilina (m-NA) y m-feniléndiamina (m-PDA), sobre
catalizadores de Rh (1% en peso), soportados en ZrO2, Al2O3 y TiO2. La figura 1 ilustra la
reacción bajo estudio.
Figura 1: Ruta de hidrogenación de m-dinitrobenceno
Los sólidos resultantes se caracterizaron mediante diferentes técnicas, tales como:
difracción de rayos X, reducción a temperatura programada y espectroscopia
fotoelectrónica de rayos X. Las reacciones se llevaron a cabo en un reactor tipo batch, a
una presión de hidrógeno de 200 Psi, temperatura de 50°C y utilizando etanol como
solvente. El seguimiento de la reacción se realizó por cromatografía de gases. Los
resultados demostraron que la introducción de Rh no afectó la estructura cristalina de los
soportes empleados. El catalizador Rh/TiO2, muestra las señales características de las
fases cristalinas anatasa y rutilo; en el catalizador Rh/Al2O3 se observan señales
características de los cristalitos de γ-Al2O3 y el catalizador Rh/ZrO2 muestra señales
características de la ZrO2 tetragonal. Los análisis de reducción a temperatura programada
sugieren la presencia de partículas bien dispersas de Rh2O3 y de una reducción parcial
del soporte en el caso del catalizador de Rh/TiO2. La presencia de especies de Rh0 y Rh3+
puede explicarse por la reducción parcial del soporte en el catalizador Rh/TiO2 y una
reducción incompleta de especies de RhxOy en el catalizador Rh/Al2O3, mientras que en el
catalizador Rh/ZrO2 sólo se observa la reducción de Rh2O3 a Rh0. Los análisis de
NO2
NO2
+ 3H2Catal.
-2H2O
NH2
NO2
Catal.
-2H2O
NH2
NH2
m-DNB m-NA m-PDA
143
espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, muestran especies Rh3+ en los catalizadores
de Rh/Al2O3 y Rh/TiO2, estas pueden explicarse por una reducción incompleta de
especies de RhxOy, así una mayor proporción de especies Rh3+ se puede observar en el
catalizador Rh/Al2O3 (Rh3+ = 30%) y una menor proporción en el catalizador Rh/TiO2 (Rh3+
= 20%). Para el catalizador de Rh/ZrO2 sólo se observa la componente a 307 e.V que se
atribuye a Rh0. El orden decreciente de la constantes de reacción (k1) para la
transformación de m-dinitrobenceno a m-nitroanilina es Rh/Al2O3 > Rh/TiO2 > Rh/ZrO2.
Este orden no se conserva para la contante reacción (k2) de m–nitroanilina a m–
fenilendiamina. Los valores de k1 son más altos que los de k2, lo cual indica que la
segunda etapa de reducción es más lenta que la primera. Un análisis de correlación entre
sitios activos y etapas de reacción, conducen a establecer que una mayor cantidad de
sitios Rh0 con respecto a Rh3+ favorece la formación de m- fenilendiamina, lo que abre la
posibilidad de controlar la selectividad de la reacción dependiendo del tipo de especies
presentes. En general, si el producto de interés es la m-nitroanilina, el soporte más
adecuado es la Al2O3, mientras que la ZrO2 es el soporte elegido en la formación de m-
fenilendiamina.
Palabras clave: hidrogenación catalítica; Rh soportado; m-dinitrobenceno; m-
nitroanilina; m-feniléndiamina; especies catalíticas.
Tabla de contenido
144
Hidrotalcitas de Mg/Al como catalizadores para la epoxidación de
nopol
Diana Hoyos
a, Edwin Alarcón
b, Aída Luz Villa
c,*.
a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Las hidrotalcitas (HT) representan uno de los materiales tecnológicamente más
prometedores como catalizadores por su bajo costo, la relativa facilidad de preparación, y
el gran número de variables de composición/preparación que pueden ser adoptadas. A
temperaturas entre 300°Cy 500°C, las HTse descomponen para formar óxidos mixtos con
alta área superficial y una variedad de sitios básicos superficiales. El nopol es un alcohol
terpénico homoalílico obtenido por condensación de β-pineno y formaldehído, cuyo doble
enlace es susceptible de epoxidación (Figura 1). El epóxido de nopol puede isomerizarse
en un producto análogo al aldehído canfolénico (R: H), el cual es empleado en la industria
de fraganciasy se obtiene a partir del epóxido de α-pineno. En esta contribución se reporta
el uso de catalizadores de óxidos mixtos obtenidos de HTMg/Al para la epoxidación de
nopol vía catálisis heterogénea usando H2O2como agente oxidante.
Las HTse sintetizaron añadiendo gota a gota una solución de Mg (NO3).6H2O y de
Al(NO3)3.9H2Oa una solución acuosa de Na2CO3, manteniendo el pH en10. La mezcla se
agitó 24 h a temperatura ambiente; posteriormente se filtró y se lavó con agua destilada
hasta pH neutro; el sólido obtenido se secó a 60°C.Los óxidos mixtos, se obtuvieron por
calcinación a 450°C durante5 horas. Las reacciones se realizaron en viales de vidrio de 2
mL conagitación magnética, en un baño de aceite a temperatura controlada. Después de
145
reacción, el catalizador se separó por centrifugación y las muestras se analizaron en un
GC-MSAgilent 7890A, conun detector FIDy columna capilar DB-1.
En la Tabla 1 se observa que la actividad dependió de la relación Mg/Al, sugiriendo quela
mayor concentración desitios básicos es responsablede la reacción; conversiones
mayores a 73 % y selectividades mayores a 60 % hacia el epóxidode nopol y su
subproductose obtuvieron con el material Mg/Al = 3.En ausencia de catalizador los
rendimientos fueron menores al 5 %; cuando se utilizaron las HT,tampoco se observó
actividad significativa. A 60°C la conversión fue ligeramente menor a la observada a 40°C,
probablemente debido a una mayor descomposición térmica del H2O2.
aCondiciones de reacción: nopol 0.1 mmol, 0.8 mmol H2O2, 0.8 mmol acetonitrilo, 250 μL
acetona, 250 μL agua, 1.6 mg catalizador, 40°C. bProducto no identificado a tiempo de
retención mayor a epóxido de nopol, con señales del espectro de masas comunes al
epóxido de nopol.cSelectividad epóxido + selectividad subproducto del epóxido.
Estos ensayos preliminares muestran que la actividad catalítica de los óxidos mixtos
obtenidos de hidrotalcitas en la epoxidación de nopol se puede optimizar modificando
parámetros de reacción.
Palabras clave: nopol; hidrotalcitas; epoxidación; peróxido de hidrógeno.
Tabla de contenido
146
Hidrotratamiento catalítico del furfuril alcohol sobre catalizadores
de CuMgAl derivados de precursores tipo hidrotalcitas
Natalia Pino
a, Gina Hincapié
b, Diana López
c,*.
a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia, 050010.
Email: [email protected],
Resumen
El bio-aceite obtenido a partir de la pirólisis rápida de la biomasa, posee propiedades
indeseables como acidez, alta viscosidad, alto contenido de agua, inestabilidad y un alto
contenido de oxígeno que le confiere un poder calorífico bajo (19 MJ/kg) respecto al que
poseen los combustibles convencionales (40 MJ/kg). Como una alternativa para mejorar
las propiedades de este bio-aceite surge el hidrotratamiento catalítico, proceso en el cual
e busca hidrodesoxigenar los compuestos oxigenados presentes en el bio-aceite a través
de un catalizador, temperaturas moderadas (100-300 ºC), y altas presiones de hidrógeno
(80-300 bar). Dado que el bio-aceite es una mezcla compleja de más de 300 compuestos
oxigenados, la comprensión de las reacciones que se generan durante el hidrotratamiento
catalítico del bio-aceite ha sido todo un reto, razón por la cual se ha optado por estudiar
compuestos modelo que representen los principales grupos funcionales oxigenados y se
encuentren en porcentajes significativos en el bio-aceite.
En este estudio, se evalúa el hidrotratamiento del furfuril alcohol como compuesto modelo
empleando una temperatura de 200ºC, una presión de hidrógeno de 50 bar, 4 horas de
reacción y catalizadores de CuMgAl (relación molar Mg+2/Al+3 = 0.5, 3.0) derivados de
precursores tipo hidrotalcitas.Los catalizadores de CuMgAl se sintetizaron por el método
de impregnación en húmedo, utilizando como precursores hidrotalcitas comerciales
PURAL®MG 70 y PURAL®MG 30 cuyas relaciones molares son Mg+2/Al+3= 3.0 y
Mg+2/Al+3= 0.5 respectivamente. Para la impregnación se utilizó una sal de nitrato de cobre
Cu(NO3)2.3H2O en la proporción que permitiera obtener catalizadores con un 10% en
peso nominal de cobre. Las hidrotalcitas sin impregnar e impregnadas se calcinaron a
400ºC, obteniéndose los óxidos mixtos de Mg-Al-O y de CuMgAl. Los catalizadores
impregnados con cobre fueron reducidos en un flujo de H2 (30 ml/min) durante 4 horas
para reducir el cobre a cobre metálico. Con este estudio se pretendía evaluar el efecto de
las propiedades ácido-básicas de los catalizadores de CuMgAl sobre la conversión y
selectividad del furfuril alcohol en el hidrotratamiento catalítico. Los resultados obtenidos
fueron: con los óxidos mixtos de Mg-Al-O (Mg+2/Al+3= 0.5, 3.0) se obtuvo una alta
selectividad hacia la formación de 2-metil-ciclopentanona (>60%); con los catalizadores de
147
CuMgAl para la relación molar (Mg+2/Al+3=0.5) se obtuvieron principalmente productos
como el ciclopentanol, la ciclopentanona y el 3-furanmetanol con porcentajes de
selectividad de 20%, 15% y 44% respectivamente; y para la relación molar
(Mg+2/Al+3=3.0), se obtuvieron como principales productos de reacción la ciclopentanona,
el tetrahidrofurfuril alcohol y el 3-furanmetanol con un 7%, 4% y 61% de selectividad
respectivamente. Respecto a la conversión del furfuril alcohol, en todos los casos fue
mayor del 90%. De esta forma, se concluye que a mayor relación Mg/Al, es decir menor
cantidad de sitios ácidos, se favorece el rendimiento y selectividad hacia productos
hidrogenados como el 3-furanmetanol, mientras que a menor relación, es decir mayor
cantidad de sitios ácidos, el rendimiento y la selectividad aumenta hacia productos de
hidrodesoxigenación como la ciclopentanona y el ciclopentanol. La interacción del cobre
con el soporte favorece las reacciones de hidrodesoxigenación del furfuril alcohol hacia la
formación de productos de valor agregado como la ciclopentanona y ciclopentanol.
Palabras clave: hidrodesoxigenación; bio-aceite; ciclopentanona; furfuril alcohol;
hidrotalcitas.
Agradecimientos: los autores agradecen al programa Sostenibilidad 2014-2015, al
proyecto de Colciencias con código 111556933557 y N.P al programa de Beca Doctoral
de la Universidad de Antioquia.
Tabla de contenido
148
Implementación de un fotoreactor para el tratamiento
microbiológico del agua de consumo en el colegio INSAI de la
india (Santander).
Alejandra Benavides Quenguana, Andrés Felipe Loaiza
b.
a Universidad de América, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
La contaminación microbiológica representa un riesgo potencial para la calidad del agua
potable, la cual se relaciona principalmente con la contaminación por heces humanas o
animales, ya que es allí donde se encuentran la mayoría de bacterias patógenas que
infectan el aparato digestivo causando enfermedades gastrointestinales. En el colegio
INSAI de la India Santander, no se cuenta con un acueducto o sistema de distribución de
agua potable, razón por la cual los ríos y aljibes se han convertido en su fuente de
suministro; las diferentes familias de la comunidad disponen del rio para el desarrollo de
sus actividades diarias como bañarse, lavar ropa y utensilios de cocina, bañar a sus
mascotas y lavar sus vehículos de transporte entre otras, y en el caso de los aljibes, estos
se encuentran cercanos a aguas de escorrentía, siendo causales del aumento significativo
del riesgo por contaminación microbiológica a la calidad del agua, además de que previo
al consumo esta agua colectada no cuenta con un tratamiento adecuado, se han
presentado enfermedades diarreicas y brotes en la piel por la población infantil, que se
relacionan con el consumo de esta agua.
La fotocatálisis es uno de los procesos avanzados de oxidación (POAs) que se
caracterizan por la producción de radicales hidroxilo los cuales son capaces de oxidar y
mineralizar casi cualquier molécula orgánica produciendo CO2 e iones inorgánicos.
Estudios preliminares han encontrado que el proceso fotocatalítico con dióxido de titanio
(TiO2) es eficaz en la inactivación de una amplia gama de patógenos en el agua,
incluyendo bacterias indicadoras como Escherichia coli.
Con este proyecto se busca dar una solución a la problemática que presenta esta
comunidad y garantizar la disponibilidad de agua segura para el consumo, en el colegio
INSAI. Para ello, se construirá un fotoreactor económico, práctico, robusto, de larga
duración y seguro. Estudios previos realizados en el grupo de investigación de “Materiales
Fotoactivos” de la universidad de América, han demostrado el gran potencial que tiene el
TiO2 por su mayor efectividad y su actividad fotocatalítia, siendo así el más empleado en
procesos fotocatalíticos, el cual se ha utilizado soportado sobre vidrio, aluminio, telas,
polímeros entre otros. El fotoreactor a construir trabajará con un volumen de 600 L,
cantidad que representa el consumo diario de agua empleado en la cocina del colegio
INSAI para fines de alimentación y bebidas de los estudiantes, cuenta con un sistema de
149
instrumentación y control del proceso que garantiza el tiempo requerido para lograr la
degradación y que facilita el posterior suministro al área de interés. Para evaluar la
degradación microbiológica, se seleccionaron E.coli y Coliformes totales al ser indicadores
universales de contaminación fecal en el agua, su determinación y cuantificación se hará
mediante el método de filtración por membrana con sustrato definido, el cual permite
diferenciar simultáneamente las colonias de E.coli y coliformes totales.
Palabras clave: Contaminación, Bacterias patógenas, Fotocatálisis, Degradación,
Fotoreactor.
Tabla de contenido
150
Implementación de un proceso fotocatalítico en la vía de escape
de un automóvil, para la degradación de óxidos de nitrógeno
(NOx)
Yeicy Yanith Caro Calderón
*a, Cesar Augusto Quiñones Segura
b.
a,b Fundación Universidad de América, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
Los gases de efecto invernadero, el smog fotoquímico, la lluvia ácida y el calentamiento
global han incrementado considerablemente su efecto sobre la problemática ambiental
debido a las cada vez más elevadas emisiones industriales relacionadas con procesos de
combustión, entre ellas la industria automotriz, donde las emisiones provenientes de
motores de combustión interna están caracterizados por gases que contienen
hidrocarburos, material particulado, óxidos de carbono (COx), óxidos de azufre (SOx) y
óxidos de nitrógeno (NOx).
Para tratar las emisiones de gases con contenido de óxidos de carbono (COx), óxidos de
azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), se emplea la catálisis heterogénea, que emplea
metales nobles como son los catalizadores de reducción Platino/Rodio (Pt/Rh) que
reducen óxidos de nitrógeno (NOx) a nitrógeno (N2) y oxígeno (O2); y catalizadores de
oxidación Platino/Paladio (Pt/Pd) que oxidan óxidos de carbono (COx) e hidrocarburos,
convirtiéndolos en Dióxido de Carbono (CO2) y vapor de agua; los procesos de oxidación
y reducción llevados a cabo por estos tipos de catalizadores mitigan la emisión de estos
contaminantes, no obstante la mitigación de estos no es completa.
En la actualidad los procesos de oxidación avanzada, son empleados en la degradación
de sustancias orgánicas e inorgánicas; una correcta implementación de este tipo de
procesos a las emisiones generadas por los motores de combustión interna de un
automóvil, son el tema a tratar en este proyecto.
Los principales beneficios de este proceso de implementación, permitirían la reducción de
los óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales hacen parte de la composición de los gases de
efecto invernadero; si se logra adecuar de manera óptima a los procesos de combustión
del motor de un automóvil, se generaría la reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno
(NOx), a Nitrógeno (N2) que al hacer parte de la composición natural del aire, no
presentaría ninguna efecto de contaminación.
Con el fin de obtener resultados satisfactorios, el presente estudio contempla las
siguientes fases. La primera etapa es determinar la naturaleza del semiconductor a
utilizar, así como su disposición dentro del dispositivo, esta fase comprende la revisión
151
bibliográfica competente para el criterio de selección del semiconductor a utilizar en la
degradación de los óxidos de nitrógeno (NOx).
Posteriormente, viene la segunda etapa que se centra en establecer la fuente y la
disposición de luz requerida para la activación del semiconductor en el fotorreactor, donde
se escogerá la fuente de radiación necesaria para activar el semiconductor escogido en la
etapa anterior, así como su debido acoplamiento.
Subsecuente a esto, se procede a construir un modelo de fotorreactor integrable al tubo
de escape, donde se tendrán en cuenta los parámetros de diseño de fotorreactores para
la construcción y acoplamiento del mismo.
Finalmente, se procederá a valorar el desempeño del fotorreactor en el auto, teniendo en
cuenta las diferentes mediciones tomadas a lo largo del proceso de cuantificación de
concentraciones de contaminantes, y por consiguiente evaluar si hubo o no una
disminución de óxidos de nitrógeno (NOx).
Se espera llegar a la reducción de los óxidos de nitrógeno que se presentan en la vía de
escape del auto usando como semiconductor dióxido de titanio activado
fotocatalíticamente con radiación UV; se espera encontrar un diseño de fotorreactor capaz
de ser acoplado en el sistema de escape del auto de una manera óptima, y en la que
pueda degradar la mayor cantidad de dichos óxidos posibles.
Palabras clave: Fotocatálisis; Dióxido de Titanio (TiO2); Radiación UV; Óxidos de
Nitrógeno (NOx); Degradación
Tabla de contenido
152
Implementación de un sistema en aerosol de TiO2 para el
tratamiento del biodeterioro en papel
Jesús Arturo Rodríguez Ruíz
a*, Cesar Augusto Quiñones
b, Adriana Inés Paez Morales
c.
a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Al aprovechar la fotodegradación resultante de la alta acción oxidante de la fotocatálisis,
es posible tratar superficies con presencia de microorganismos, pues esta acción oxidante
conlleva a la degradación celular microbiana, específicamente de la pared celular de
dichos microorganismos, causando su ruptura y por ende su destrucción.
Existe gran cantidad de material documental, con valor histórico y cultural, que se
encuentra en proceso de deterioro, por no contar con un proceso de almacenamiento y
archivado apropiado. Sin un adecuado tratamiento, se propicia la proliferación de
microorganismos que inician un proceso de biodeterioro en dicho material. El enfoque
principal de estudio es el material documental en papel, que se ven afectados por la
actividad vital de hongos, debido a que su pared celular compuesta por quitina, los hace
resistentes a métodos de descontaminación convencionales. Dichos hongos proliferan
sobre el material documental y crecen sobre las hojas del mismo, pues además del
deficiente almacenamiento; elementos como proteínas o almidones, usados como
pegantes y aglutinantes en dichos documentos son fuente alimenticia adecuada para los
hongos y posibilitan el crecimiento. Incluso las mismas hojas, compuestas por celulosa,
pueden ser sustrato aprovechable para los hongos. Es así como este proyecto, busca
proponer un método de desinfección de material microbiológico alternativo, donde no se
usen desinfectantes en fase líquida, dirigido a materiales que no pueden mojarse, y que
requieren de un tratamiento para la eliminación de microorganismos presentes en él;
además usar un método en aerosol para disponer el dióxido de titanio (TiO2), y así
obtener un máximo cubrimiento en el documento y efectuar una acción antimicrobiana
más efectiva.
Al usar un método en aerosol, se debe tener en cuenta el propelente a usar en el aerosol,
pues debe exhibir características de un producto en seco, e interactuar de manera
correcta con el TiO2 en estado sólido. Las opciones a considerar son tanto gases licuados
como gases comprimidos.
Además del propelente, el tamaño de partícula debe ser el adecuado para ofrecer las
mejores condiciones de fotodegradación. Un tamaño de partícula menor a 50 μm,
ocasiona un efecto conocido como aerosol espacial, donde las partículas quedan
suspendidas en el aire, impidiendo la degradación microbiana. Un tamaño de partícula
153
entre 50 μm y 200 μm, ocasiona un efecto de aerosol de superficie, donde partículas
quedan adheridas a la superficie a tratar, siendo lo indicado para este proyecto.
De la elección del propelente y el tamaño de partícula, se procede a su aplicación y a su
evaluación en la desinfección fúngica, mediante su efectividad al eliminar Penicillium sp,
el hongo más común encontrado en documentos con biodeterioro. Se debe determinar el
método más adecuado para la cuantificación de dicho hongo en papel, para conocer la
proporción de hongo antes y después del tratamiento fotocatalítico, y así verificar si el
método funciona como desinfectante microbiológico. Se propone usar conteo en placa y
mediante inoculación en papel, realizar el seguimiento a la actividad microbiológica en el
mismo.
Por último, se evalúa la actividad anti microbiológica del sistema sobre el papel con
presencia del hongo Penicillium sp, , comparando la cantidad de unidades formadoras de
colonia (UFC) antes y después del tratamiento, mediante el conteo en placa, y sobre
papel previamente inoculado con hongo. Se espera una reducción considerable de UFC
después del tratamiento, donde el documento reduzca sus colonias de hongo y mejore
sus características físicas y estéticas, recuperándolas y evitando que el documento
presente más daño del que posee.
Palabras clave: Fotocatálisis; Biodeterioro; Hongo; Seco.
Tabla de contenido
154
Influencia del Ce en la hidrodesulfuración de tiofeno sobre
heteropolioxomolibdatos de níquel tipo anderson
A Polo-Hernándeza*, Esneyder Puello-Polo
b, Astrid Perez
c
a,b,c Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia 080014.
Email: [email protected],
Resumen
Los compuestos con azufre como el tiofeno y sus derivados presentes en el petroleo,
representan una amenaza económica y medio ambiental; son los causantes de daños en
maquinaria, corrosión de motores y la contaminación de catalizadores utilizados en
subprocesos de refinación. Los gases SOx producto de la combustión de los compuestos
azufrados causan diversos tipos de enfermedades respiratorias, además van a la
atmosfera y generan lluvia acida que ocasiona el deterioro de la infraestructura de
ciudades, la destrucción de ecosistemas acuáticos e infertilidad en terrenos de cultivo. Por
lo tanto la legislación nacional e internacional han establecido normas cada vez más
exigente, llevando de esta manera a la industria petrolera y la comunidad científica a
enfrenta un gran reto, generar combustibles limpios y de mayor calidad. Para dar
respuesta a esta necesidad en la actualidad los catalizadores utilizados en el proceso de
hidrodesulfuración son sulfuros de molibdeno o tungsteno, con o sin promotor que
usualmente son átomos de níquel o cobalto. Sin embargo una de las alternativas que ha
despertado un gran interés en los últimos años es modificar el soporte con tierras raras,
por ello que el propósito de este proyecto de investigación se centra en evaluar el efecto
la introducción de cerio al soporte en este caso alumina, con el fin de modificar sus
características fisicoquímicas y mejorar la actividad catalítica de hidrodesulfuración.
Síntesis de la fases Anderson Níquel (Ni) - Molibdeno (Mo) (NH4)4[NiMo6O24H6]∙5H20, se
mezclaron cantidades estequiometricas de disoluciones acuosas de los metales sales
correspondientes a temperatura ambiente y agitación continua, ajustando el pH en un
rango especifico , luego se dejó en reposo hasta la precipitación del solido deseado,
Preparación de la γ-Al2O3: Siguiendo el método one pot se mezclan
estequiometricamente una sal de aluminio, urea y almidón con agua des ionizada, bajo
agitación constante hasta formarse un gel; se agrega ácido cítrico y se ajusta el pH, la
temperatura y una vez pasado este tempo, se seca el gel obtenido a una temperatura y
luego se calcina. Preparación de la γ-Al2O3-Ce: Siguiendo el método one pot se mezclan
estequiometricamente una sal de aluminio, sal de serio, urea y almidón con agua
desionizada, bajo agitación constante hasta formarse un gel; se agrega ácido cítrico y se
ajustar el pH, y la temperatura. Una vez pasado este tempo, se seca el gel obtenido a una
temperatura y se calcina. Preparación de la Ce/γ-Al2O3 se obtiene la γ-Al2O3 por el
método nombrado y luego se realiza la impregnación del cerio.
155
En pruebas realizadas se observó que la actividad de los catalizadores soportados sobre
alúminas modificadas con cerio era mayor que la uno de tipo comercial, además se
encontró que el tipo de modificación (impregnación o por dopacion) presenta una
influencia en la actividad catalítica.
Palabras clave: hidrodesulfuacion; alumina modificada; heteropolioxomolibdatos;
caracterización
Tabla de contenido
156
Isomerización de epóxido de limoneno con catalizadores ácidos
heterogéneos
Maria Camila Cruz Márqueza, Aída Luz Villa
b,*.
a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
De la isomerización del epóxido de limoneno se pueden obtener dihidrocarvona o
carvenona, Figura 1, las cuales se utilizan como constituyentes útiles para perfumes,
sabores, y fragancias. En el presente trabajo se reporta la isomerización del epóxido de
limoneno con varios catalizadores heterogéneos. Las reacciones se realizaron con 0.25
mmol de epóxido de limoneno (97%, Sigma Aldrich) en 0.5 mL de hexano (96%, Merck) a
80°C bajo agitación magnética por 3 h. La mezcla de reacción se analizó por GC con una
columna capilar DB-1 y detector FID; para la cuantificación de los productos se utilizó
decano como estándar interno. Los óxidos SiO2 (S) y ZrO2 (S) se obtuvieron tratando los
correspondientes óxidos comerciales con una solución de ácido sulfúrico al 50% (vol/vol)
H2SO4 (96% Merck). Las zeolitas beta ZB modificadas con titanio y molibdeno se
prepararon por impregnación de soluciones de sales de los metales en los soportes
zeolíticos. Todos los materiales se calcinaron como etapa final de su síntesis.
El epóxido de limoneno pudo ser isomerizado efectivamente a compuestos carbonílicos
sobre las zeolitas y óxidos modificados; la sulfatación de los óxidos incrementó
considerablemente la actividad de estos materiales. Para las zeolitas beta ZB con
diferente relación Si/Al (75 y 150), la incorporación de titanio favoreció la formación de 5 y
el molibdeno la formación de 2. La formación de 1, 3 y 4 se ha asociado con el carácter
ácido Brönsted de los catalizadores, mientras
O
O
ácido Bronsted+
Epóxido de limoneno Carvenona p-cimeno
O
O
ácido Lewis
Epóxido de limoneno dihidrocarvona
+ otros
+ otros
Figura 1. Reacción de isomerización del epóxido de limoneno.
157
que el compuesto 2 se forma especialmente por la isomerización del epóxido de limoneno
catalizada con ácidos Lewis. Con los catalizadores SiO2 (S), MoZB150, ZB75 y MoZB75
se obtuvo el mayor rendimiento al compuesto 2. Con los materiales evaluados la
selectividad a 1 fue muy baja y solo con el material TiO2 la selectividad a 3 y 4 fue buena.
De acuerdo a la distribución de los productos, se podría esperar una distribución de sitios
ácidos similar en todos los materiales, excepto en el catalizador TiO2.
Tabla 1. Isomerización del epóxido de limoneno en presencia de sólidos ácidos
Catalizador Conversión
(%)
Selectividad (%)
1 2* 3 4* 5 Otros
SiO2 4 0 31 0 0 0 69
SiO2 (S) 72 0 52 0 5 20 23
TiO2 18 0 0 26 39 26 9
ZrO2 4 0 32 0 0 0 68
ZrO2 (S) 63 0 24 0 7 16 40
ZB150 27 0 26 0 7 38 29
TiZB150 65 1 23 0 5 39 32
MoZB150 100 2 38 0 2 20 38
ZB75 100 1 36 0 5 27 31
TiZB75 82 0 28 0 5 34 33
MoZB75 100 3 36 0 3 22 36
Condiciones de reacción: 0.25 mmol epóxido de limoneno, 13 mg catalizador, 0.5 mL
solvente (hexano), 80 °C, 3 h. 1 p-cimeno, 2 dihidrocarvona, 3 isocarveol, 4 carveol, 5
limonen glicol. * Mezcla de isómeros cis – trans.
Palabras clave: epóxido de limoneno; rearreglo de epóxidos; dihidrocarvona.
Tabla de contenido
158
Mecanismos de deshidratación y deshidrogenación de glicerol
sobre catalizadores básicos: una correlación experimental y
computacional
Mauricio Velásqueza,b*
, Alexander Santamaríaa, Juan Espinal
a, Astrid Sánchez
b, Catherine
Batiot-Dupeyratc
a Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.
b Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín, Medellín, Colombia.
c Universidad de Poitiers, Poitiers, Francia.
Email: [email protected],
Resumen
Introducción: La transformación catalítica de biomasa principalmente compuesta por
moléculas poli-hidroxiladas como los carbohidratos representa una de las reacciones más
importantes en la producción de biocombustibles y productos de alto valor industrial a
partir de fuentes renovables. Particularmente, la valorización catalítica de glicerol como
principal subproducto en la síntesis de biodiesel ha sido ampliamente estudiada en la
producción de propanodioles, hidroxiacetona, acroleína, entre otros. Sin embargo, muy
poco se ha estudiado sobre los mecanismos de reacción que llevan a la formación
selectiva de estos productos y cómo son las interacciones entre el glicerol y la superficie
de los catalizadores heterogéneos. Por lo tanto, la motivación del trabajo surge a partir de
resultados experimentales obtenidos previamente en la producción selectiva de
hidroxiacetona a partir de la deshidratación de glicerol usando catalizadores básicos
(La2CuO4). Basados en resultados previos, se realizaron unas reacciones
complementarias orientadas a la demostración de las diferentes vías de reacción y los
resultados obtenidos fueron correlacionados con resultados de un análisis computacional
donde se evaluaron las propiedades termodinámicas y cinéticas de cada etapa de la
reacción.
Metodología experimental y computacional: Los resultados experimentales fueron
obtenidos usando glicerol puro como sustrato y un sólido cristalino del tipo perovskita
(La2CuO4) como catalizador. La masa de catalizador fue variada (80, 100, 200, 400, 600
y 1000 mg) para obtener la selectividad de los diferentes productos en función de la
conversión de glicerol durante 2.5 h de reacción a 260 °C y presión atmosférica.
Posteriormente, bajo las mismas condiciones se realizaron las reacciones
complementarias variando el sustrato y el gas de arrastre para corroborar las rutas de
formación de la hidroxiacetona. Por otra parte, los cálculos computacionales fueron
159
realizados empleando la teoría de funcionales de la densidad con el híbrido B3LYP
usando la base 6-311++G-(d,p) implementada en el software Gaussian 09.
Resultados: Los principales productos de la reacción fueron hidroxiacetona,
gliceraldehído y piruvaldehído alcanzando una selectividad a hidroxiacetona cercana al
80% cuando se obtuvo una conversión completa de glicerol (1000g de La2CuO4). Las
reacciones complementarias mostraron que la hidroxiacetona es el producto
termodinámicamente más estable ya que cuando se usó como sustrato solo se obtuvo
una conversión del 10% a piruvaldehído. Por otra parte, la selectividad a piruvaldehído se
hace cero cuando se usa hidrógeno como gas de arrastre, lo que indica que se favorece
la producción de hidroxiacetona mediante hidrogenación. También se pudo observar un
incremento considerable en la selectividad a piruvaldehído e hidroxiacetona cuando se
usa gliceraldehído como sustrato (10% p/p en glicerol). Estos resultados sugieren que la
formación de hidroxiacetona a partir de glicerol usando La2CuO4 como catalizador
procede mediante una ruta de reacción que involucra inicialmente la deshidrogenación del
glicerol a gliceraldehído; posteriormente éste se transforma en piruvaldehído mediante
deshidratación y finalmente a hidroxiacetona mediante hidrogenación. Sin embargo, los
resultados computacionales mostraron que la formación de hidroxiacetona se da a través
de dos rutas diferentes. La primera es la deshidratación directa del glicerol que lleva a la
hidroxiacetona como la ruta termodinámicamente más favorable y la segunda es la ruta ya
mencionada solo que la formación de hidroxiacetona y piruvaldehído no son reacciones
consecutivas, sino que son reacciones competitivas entre hidrogenación y rearreglo a
partir de un intermediario común, siendo más favorable la hidrogenación del intermediario
que forma la hidroxiacetona.
Palabras clave: Glicerol; Hidroxiacetona; Perovskita; Modelación molecular.
Tabla de contenido
160
Mineral arcilloso del Doncello – Caquetá como potencial
catalizador en el proceso de oxidación fotofenton de un
contaminante orgánico
Ederson Ardnet Osorioa, Erika Jasbleidy Laguna Castillo
b, Maurin Salamanca
c, Lis Manrique
Losadad,*
. a,b,d
Universidad de la Amazonia, Grupo de Investigación de Materiales, Ambiente y Desarrollo –
MADE, Florencia, Colombia. c Universidad Militar Nueva Granada, Grupo de Investigación Química Ambiental y Tecnologías
Limpias _ QUATELI,, Bogotá Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
El proceso de oxidación avanzada conocido como fotofenton se aplica eficientemente a la
degradación y mineralización de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales.
El proceso fenton está basado en la generación de radicales *OH a partir de un metal en
solución, generalmente Fe+2 en presencia de un exceso de H2O2 y pH ácido, además se
incrementa la producción de *OH con iluminación solar. El proceso fotofenton homogéneo
tiene la desventaja de necesitar de 50-80 mg.L-1 de Fe en solución. Esto sobrepasa los
límites admitidos por la norma colombiana, la cual contempla como máximo nivel 5 mg.L -
1de Fe (Decreto 1594 de 1984). Por tanto, el uso de un catalizador de Fe heterogéneo,
donde el Fe se incorpore en un soporte es motivo de estudio.
Las arcillas han sido usadas para la inmovilización de especies de hierro como complejos
acuosos u óxidos, cuya disposición en el reactor es normalmente en suspensión.
Buscando evitar operaciones de separación, la arcilla nativa de Doncello Caquetá,
clasificada como bentonita tiene potencial para uso como soporte de fácil consecución en
la región.
Este trabajo se enfoca en la preparación de un catalizador fotofenton heterogéneo
inmovilizado basado en arcilla natural. La degradación del colorante rojo congo (RC)
como molécula modelo sirvió para evaluar la actividad fotofenton del material. La arcilla
natural fue extraída de la región del Doncello Caquetá y fue purificada por medio de
dispersión acuosa y sedimentación utilizando el método de cilindros de Attemberg. Se
sometió a trituración, homoionización, lavado, elaboración de anillos con una proporción
50:50 de arcilla:arena, calcinación y finalmente impregnación húmeda del Fe en el anillo.
El material se caracterizó mediante difracción de rayos X, espectroscopia Raman y
espectroscopia de absorción atómica. Las pruebas fotofenton se llevaron a cabo con 50
mL de solución coloreada de 40 mg.L-1 en un vaso de reacción con agitación constante y
161
con el anillo sostenido dentro de la solución por una malla de acero inoxidable. Para la
iluminación solar se utilizó un colector parabólico artesanal.
Para 3 h de reacción sin iluminación y un pH de 3 se obtuvo un porcentaje de remoción de
RC del 70% comparado con el alcanzado a pH natural (5,4) de 20%. La degradación a pH
cercano a 7 fue del 60%. Es claro que los pH 3 y 7 favorecen la reacción evitando la
formación de hidróxidos. Cuando se aplicó luz solar a pH ácido, se incrementó la
velocidad de degradación, alcanzando el 95% a los 90 min de exposición, demostrando
que se incrementa la producción de radicales *OH con la radiación. También se evaluó el
proceso fotofenton a diferentes concentraciones iniciales de peróxido y de RC,
demostrando que con un exceso de peróxido y a baja concentración inicial de RC se
incrementa la velocidad de reacción, esto sugiere que al aumentar la concentración de RC
los sitios activos se agotan rápidamente.
Los catalizadores preparados con el catalizador de hierro utilizando el mineral arcilloso
proveniente del Doncello – Caquetá presentan una buena actividad fotocatalítica bajo
iluminación con luz solar directa con exceso de H2O2, lo que lo hace un material
promisorio en aplicaciones a gran escala.
Palabras clave: fotofenton; arcilla bentonita; inmovilización; contaminante
orgánico.
Tabla de contenido
162
Obtención de 1,3-propanodiol a partir de glicerol usando
catalizadores de Pt-WOx/ZrO2 preparados por diferentes métodos
Erasmo Arriola V.a*, Alba N. Ardila A.
b, Gustavo A. Fuentes
c.
a Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México D.F., México C.P. 09340.
b Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid. Medellín, Colombia. C.P. 4932.
Email: [email protected],
Resumen
El 1,3-PDO es considerado un químico de interés por sus aplicaciones industriales como
producto intermediario en la fabricación de polímeros. La actividad y selectividad de
materiales como Pt/WO3/ZrO2 se ha asignado generalmente a la formación de centros
ácidos superficiales de WOx. En trabajos anteriores sintetizamos por reacción en solución
catalizadores 2%Pt/WOx/ZrO2 con diferentes contenidos de W y, encontramos que la
actividad y selectividad varía con el contenido de W y a su vez con la cantidad de
especies WOx dispersas sobre el ZrO2, sin embargo, una limitación del método de
síntesis es la dificultad de controlar el tipo y dispersión de especies de WOx. En este
trabajo se reportan resultados para la hidrodesoxigenación de glicerol a 1,3-PDO usando
el material Pt-WOx/ZrO2 preparado por diferentes métodos, lo que permitirá establecer la
relación estructura - actividad para la producción de 1,3-PDO.
Se prepararon catalizadores Pt-30%WOx/ZrO2 por métodos como: precipitación selectiva
1 (M1), Precipitación selectiva 2 (M2), Reacción en solución (M3), impregnación
incipiente del W (M4). Además, de los materiales de Pt/ZrO2 (M5) y Pt/ZrO2+WO3 (M6).
Éstos se caracterizaron por DRX, fisisorción de N2 y espectroscopia Raman. Las
reacciones se realizaron por 11 h en un reactor Parr con 40 mL de solución de glicerol al
10% p/p y 2g de catalizador. Las muestras se analizaron con un CG (Agilent 6890) y una
columna capilar HP-INNOWAX.
Los DRX de los catalizadores sintetizados por M4 y M3 mostraron bandas asignadas al
WO3, indicando que los materiales sintetizados por M1 y M2 tienen un alto grado de
dispersión de especies WOx sobre el ZrO2. Pruebas de fisisorción de N2 demostraron que
el área superficial de los catalizadores varió entre 59-115 m2/g. Espectros Raman (Fig. 1)
de todos los materiales mostraron bandas en ~146 cm-1 (unidades aisladas de WO6),
~305 cm-1 (WO4 alta distorsión (Zr(WO4)2), ~440 cm-1 (especies WO6 aisladas), ~650 cm-1
(unidades distorsionadas de WO6). Las intensidades varían con el método de síntesis con
el siguiente orden de mayor a menor intensidad de las bandas M1 M2 M4 M3.
Además, se observó una banda amplia con varios hombros en un rango ~ 830-1020 cm-1
relacionadas con diferentes especies, mono y poliméricas de WOx.
163
En la Fig. 2 se muestra la selectividad a 1,3-PDO a iso-conversión de glicerol. Aunque la
selectividad no varía considerablemente en los materiales con 30% W, la mejor
selectividad se obtuvo con el material preparado por el método M1, principalmente a
tiempos cortos de reacción. La comparación de los resultados de reacción con el material
Pt/ZrO2+WO3 demuestran que la actividad y selectividad catalítica a 1,3-PDO es mejorada
por la presencia de especies de WOx en lugar de WO3 cristalino.
La caracterización superficial de especies de tungsteno dispersas sobre el ZrO2,
mostraron una estrecha relación entre la cantidad y dispersión de especies superficiales
de W presentes en el catalizador y el método de síntesis. Obteniéndose los mejores
resultados (conversión = 80 % y selectividad = 57%) con el catalizador sintetizado por el
método M1, cuyas especies superficiales de W altamente dispersas corresponde a mono
y politungstatos como WO4, WO6 y WO5.
Palabras clave: Hidrodesoxigenación de glicerol; 1,3-propanodiol; Método de síntesis.
Tabla de contenido
-1.7
0.3
2.3
4.3
6.3
8.3
10.3
12.3
14.3
-20
80
180
280
380
480
580
680
780
0 200 400 600 800 1000
Mil
lare
s
Inte
nsi
da
d (
u.a
)
Longitud de onda (cm-1)
Fig. 2. Selectividad a 1,3-PDO con los diferentes métodos. Fig. 1. Espectros Raman para los catalizadores sintetizados.
164
Obtención de complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III)
para su evaluación como catalizadores en la oxidación de
monoterpenos.
Julianna Mazuera Méndeza*
, Dorian Polo Ceróna
a Universidad del Valle, Cali, Colombia A.A. 25360.
Email: a*
[email protected], [email protected].
Resumen
En este trabajo se describe la síntesis de una serie de complejos lantánidos (Ce(III),
Nd(III), Sm(III)) empleando sales derivadas del ácido trans-cinámico, ácido trans-p-
clorocinámico y ácido trans-p-metoxicinámico como ligandos. Los compuestos obtenidos
se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja, análisis elemental y de metal
(complexometría con EDTA), antes de realizar los estudios catalíticos.
Esquema 1. Reacción para la obtención de los complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III)
mediante la preparación in situ de los ligandos.
Para el estudio de las propiedades catalíticas se utilizaron los complejos lantánidos como
catalizadores para la oxidación de diferentes sustratos como canfeno, β-pineno
empleando H2O2 como agente oxidante. Se evaluó el efecto de la temperatura, tiempo y
efecto del solvente, así como la influencia del metal y del sustituyente en el anillo
aromático de los ligandos cinamato. Los productos obtenidos se analizaron e identificaron
mediante cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas empleando la
técnica de ionización por impacto electrónico a 70 eV para la cuantificación de los
productos de oxidación.
El canfeno y el β-pineno son monoterpenos bicíclicos que se encuentran ampliamente
distribuidos en la naturaleza generalmente como constituyentes principales de aceites
esenciales de una gran variedad de plantas. Estos monoterpenos son conocidos por sus
propiedades fungicidas y bacteriostáticas, además son utilizados en la industria como
165
materia prima para la síntesis de productos con alto valor agregado. La oxidación de estos
monoterpenos es considerado un método importante para la valoración de estas
abundantes y renovables olefinas naturales, además se ha demostrado que los productos
de oxidación generados tienen diferentes aplicaciones terapéuticas y como ingredientes
valiosos en la industria cosmética y farmacéutica, sin embargo su producción a través de
reacciones de oxidación no catalíticas generalmente se llevan a cabo con rendimientos
bajos y baja selectividad. Entre los principales resultados obtenidos para la oxidación de
canfeno (ver Esquema 2) se encuentra la 2-canfenilona y 3-metilcanfenilanol, mientras
que para el β-pineno los principales productos fueron pinocarveol, epoxi-β-pineno y
pinocarvona (ver Esquema 3), demostrando que los complejos obtenidos pueden ser
utilizados como catalizadores en la oxidación de diferentes alquenos.
Esquema 2. Reacción de oxidación de canfeno utilizando H2O2.
Esquema 2. Reacción de oxidación de b-Pineno utilizando H2O2.
Palabras clave: Cinamatos; lantánidos; actividad catalítica; canfeno, β-pineno,
oxidación de alquenos.
Tabla de contenido
166
Obtención de Mo2C másico y soportado sobre una zeolita tipo-Y
para el hidrotratamiento de aceite de jatrofa.
Tatiana Bustamante Betancura*, Wilson Ruiz Machado
b, Andrés Moreno
c
Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias
Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia,
050010.
Email: [email protected],
Resumen
La investigación sobre la producción de combustibles renovables a partir de aceites
vegetales ha tenido un gran auge en los últimos años, ya que las limitadas reservas de
petróleo actuales y la baja calidad de los mismos plantean nuevos retos en cuanto al uso
de fuentes renovables para sustituir al menos parcialmente las fuentes de energía fósiles.
Teniendo presente lo anterior, en los últimos años se vienen realizado esfuerzos dirigidos
hacia el desarrollo de catalizadores eficientes y amigables con el ambiente para la
obtención de biocombustibles vía reacciones de hidrotratamiento de aceites vegetales. En
este sentido, resultados recientes sugieren que algunos carburos de metales de transición
son promisorios en la reacción de hidrodesoxigenación de dichas materias primas,
adicionalmente la incorporación de una función ácida a estos catalizadores utilizando
ciertas zelolitas como soporte logran reacciones de isomerización, las cuales son
fundamentales para obtener productos tipo diesel con buenas propiedades de flujo en frio.
En la presente investigación se propone la preparación de catalizadores de carburo de
molibdeno, en forma másica y soportados sobre una zeolita tipo-Y, para el
hidrotratamiento de aceite de jatrofa refinado. Los catalizadores soportados fueron
preparados por impregnación húmeda utilizando como fuente de molibdeno el
heptamolibdato de amonio, seguido de un tratamiento térmico de secado y calcinación;
posteriormente se realizó la reacción de carburación a temperatura programada y
finalmente se realizó la pasivación del sólido a temperatura ambiente. Para el catalizador
másico se utilizó como precursor MoO3 y se le realizó el mismo proceso de carburación.
La caracterización de los sólidos obtenidos se realizó por difracción de rayos x,
microsroscopía electrónica de barrido, análisis termogravimétrico y espectroscopia
Raman. Por último se evaluó la actividad catalítica de los materiales obtenidos en el
hidrotratamiento de aceite de jatrofa en un reactor tipo batch (PH2 50 bar, 380 °C, 3 h). La
caracterización estructural (difracción de rayos x y espectroscopia Raman) de los
materiales obtenidos indicó que se logró producir el carburo de molibdeno del tipo β-Mo2C
.Por otra parte, con respecto a los catalizadores de carburo de molibdeno soportados
sobre una zeolita Y comercial, los resultados de difracción de rayos x indicaron que con
167
10% Mo no se evidenció la formación de la fase β-Mo2C, pero cuando se obtiene un
catalizador soportado con una carga del 20%, se logran apreciar algunas señales de
difracción de la fase de interés de muy baja intensidad. Adicionalmente por
espectroscopia electrónica de barrido se pudo apreciar la morfología y tamaño de los
cristales tanto del carburo del molibdeno como de la zeolita. Los resultados de los análisis
termogravimétricos mostraron diferentes eventos correspondientes a perdidas en peso
por humedad en la zeolita, sublimación de la fase óxido de molibdeno entre otros. El
carburo másico demostró una buena actividad catalítica hacia la reacción de
hidrodesoxigenación del aceite de jatrofa, dado a que se obtuvieron un 22,1% en peso de
productos desoxigenados (C15, C16, C17), siendo el hidrocarburo C18 el más abundante
(17%). Por otro lado al soportar la fase activa sobre la zeolita, la actividad catalítica
decreció considerablemente obteniéndose solo un 0,4% en de productos tipo diésel y un
61,2% en peso de productos correspondientes a ácidos grasos. Así entonces teniendo en
cuenta los resultados de caracterización se confirmó que con la metodología de
carburación utilizada se puede obtener el carburo de molibdeno tanto másico como
soportado, por otro lado los resultados de actividad catalítica mostraron que la fase de
Mo2C es un material activo hacia reacciones de desoxigenación de aceite vegetal. Sin
embargo se requiere más investigación para lograr catalizadores donde se incorpora una
función ácida.
Palabras clave: carburo de molibdeno; carburación; hidrotratamiento; combustibles
renovables.
Agradecimientos: Los autores agradecen al proyecto programa de producción de
biohidrocarburos líquidos para la generación de energía eléctrica y al programa de
sostenibilidad 2014-2015
Tabla de contenido
168
Obtención de pirroles sustituidos con el uso de catalizadores
bifuncionales
Eliana Nope
a*, Jose Martínez
a, Hugo Rojas
a, Efrén Muñoz
a, Gustavo Romanelli
b.
a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa,
Tunja, Boyacá, Colombia. b Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. J.J. Ronco” (CINDECA),
Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP-CCT-CONICET, Calles 47 No.
257, B1900 AJK La Plata, Argentina.
Email: a*
[email protected], [email protected],
Resumen
Los derivados del pirrol son heterociclos importantes en el campo farmacéutico y en la
ciencia de los materiales, son bloques estructurales de diversas moléculas biológicamente
activas y aunque su síntesis involucra reacciones multicomponentes, aún es un reto
preparar pirroles polisustituidos directamente con varios sustituyentes a partir de bloques
de construcción fácilmente disponibles. La condensación de nitroarenos y compuestos 1,4
dicarbonilos, por la formación de la imina y posterior condensación de Paal Knorr parece
ser una de las rutas más atractivas, sin embargo, existen dos inconvenientes principales;
la reducción de los compuestos nitro y la formación de la imina sin que generen productos
secundarios que irían en detrimento del rendimiento de la reacción. El reemplazo de
catalizadores convencionales por sólidos ácidos de mesoporosidad controlada (MCM) e
impregnados con metales coloidales parece ser una alternativa viable para lograr la
síntesis de pirroles sustituidos por esta vía. De esta manera, se estudiaron catalizadores
bifuncionales tipo Pt/SiO2-SO3H y Pt/MCM-SO3H para la obtención de pirroles sustituidos
en la reacción de condensación de nitroarenos y compuestos 1,4 dicarbonilos. Para la
generación de los grupos sulfónicos (-SO3H) sobre sílice comercial y MCM-41 se utilizó
mercaptopropil trimetoxisilano, posterior oxidación con H2O2. La impregnación del metal
se realizó usando Pt coloidal. Los resultados de DRX a bajo ángulo y de fisisorción de N2
muestran que la funcionalización con grupos sulfónicos no afecta la mesoporosidad de la
MCM-41. Sin embargo, la incorporación del coloide de platino afecta sus propiedades
texturales, lo cual también se observó en SiO2-SO3H. Además, la impregnación del
coloide metálico disminuye la fuerza ácida en ambos sólidos, posiblemente debido a la
interacción de los grupos sulfónicos con el metal. Un cambió a menores energía de enlace
del Pt (cambio de 0.6 eV en la EE del Pt0 =74 eV) muestran una posible interacción entre
los grupos sulfónicos y el metal. Las reacciones a una presión de hidrógeno de 5 MPa,
temperatura ambiente, utilizando acetato de etilo como solvente, y una relación 1:1 de
furfural-nitroanilina, mostraron que es posible la formación del pirrol sustituido con
169
rendimientos cercanos al 40% en 2h de reacción en Pt/MCM-SO3H y del 35% en Pt/SiO2-
SO3H, así la mesoporosidad de la MCM-41 no afectó el rendimiento del pirrol obtenido. La
presencia del metal favorece la formación del pirrol, puesto que en MCM-SO3H y en SiO2-
SO3H no se evidencia la formación del pirrol sustituido, lo que sugiere que el metal
permite la reducción del compuesto nitro aromático y la reacción procede vía formación de
la imina y posterior condensación de Paal Knorr.
Palabras clave: catalizadores bifuncionales; pirroles sustituidos; nitroaromáticos;
grupos sulfónicos; coloides metálicos; condensación de Paal Knoor.
Tabla de contenido
170
Oxidación catalítica del acetato de etilo sobre óxidos mixtos de
Mn, Co y Co-Mn. Relación entre las especies de oxígeno y la
actividad
María Haidy Castañoa, Rafael Molina
b, Sonia Moreno
c*.
a,b,c Universidad Nacional de Colombia,Bogotá, Colombia, 11001.
Email: [email protected],
Resumen
Los óxidos mixtos de manganeso y cobalto son considerados materiales muy valiosos en
reacciones de oxidación, en razón a su capacidad de estar presentes en múltiples estados
de oxidación y poseer una óptima capacidad de almacenamiento de oxígeno.
Generalmente, en la oxidación de compuestos orgánicos se reconoce que ocurre un
mecanismo redox en donde los oxígenos adsorbidos o de la red de los óxidos, pueden
estar involucrados. La coprecipitación simultánea es uno de los métodos empleados para
la síntesis de óxidos metálicos en donde es posible generar precursores tipo hidrotalcita
que conducen a materiales con gran área superficial, alta interdispersión de los metales
constituyentes, homogeneidad y elevada estabilidad térmica, características importantes
en las reacciones de oxidación.
En óxidos mixtos obtenidos a través del empleo de precursores tipo hidrotalcita, existen
escasos estudios respecto a su habilidad para almacenar oxígeno, la movilidad del
mismo, las especies de oxígeno adsorbidas y la relación entre estas propiedades y su
desempeño catalítico. Por esta razón, el presente trabajo establece relaciones entre la
actividad catalítica en la oxidación del acetato de etilo como compuesto representativo de
los COVs, y las propiedades redox, las especies de oxígeno presentes y la movilidad de
las mismas.
CPMn CPCo CPCoMn0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
T90: 240°C
T90: 226°C
m
olO
2/g
cat.
OSC
O2()
Figura 1. Relación entre la actividad catalítica, la OSC
y las especies de oxígeno adsorbidas ()
T90: 226°C
171
Los óxidos mixtos de MgAl con Mn, Co y Co-Mn se obtuvieron a través de la
descomposición térmica de precursores tipo hidrotalcita a travésdel método de
coprecipitación simultánea, en donde se emplearon las soluciones de los nitratos
respectivos y se conservaron, en todos los casos, la relacionesM2+/M 3+=3, M2+/Mg2+ =1
(donde M= Mn2+, Co2+ o Mn2+y Co2+).Para el óxido con Mn y Co se mantuvo la relación
Co2+/Mn2+=0.5.Las propiedades estructurales, texturales, redox y la movilidad de oxígeno
fueron evaluadas mediante las técnicas de Difracción de rayos X, adsorción de N2,
capacidad de almacenamiento de oxígeno, intercambio isotópico con 18O y desorción de
oxígeno a temperatura programada.El desempeño catalítico de los materiales fue
estudiado en la oxidación total de 1000ppm de acetato de etilo.
La técnica que determina la capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC) es
empleada para evaluar la reactividad del oxígeno superficial y más disponible, el cual está
relacionado directamente con las propiedades redox de los materiales. Los resultados
muestran (Fig 1) que los óxidos que contienen manganeso (CPMn y CPCoMn) presentan
mayores valores de OSC que el óxido que contiene únicamente Co y por tanto, exhiben
un mejor desempeño catalítico en la oxidación del éster, el cual es representado por los
valores de T90 (temperatura necesaria para alcanzar el 90% de conversión del COV hasta
CO2). De otro lado, se observa que las especies de oxígeno adsorbidas (α) también
juegan un papel importante enel proceso catalítico ya que, aunque CPMn (contiene sólo
manganeso) muestra menores propiedades redox que el óxido de Co-Mn, la presencia
de una mayor cantidad de especies α en CPMn contribuyea la obtenciónde las menores
temperaturas de conversión, comparables con las del óxido CPCoMn. Es entonces
evidente que la participación conjunta de los oxígenos adsorbidos y laspropiedades redox
del óxido, definen el comportamiento catalítico de estos materiales en la oxidación del
acetato de etilo.
Palabras clave: COVs; hidrotalcita; capacidad de almacenamiento de oxígeno
Tabla de contenido
(µm
ol/
gcat
.)
172
Oxifuncionalización de trementina mediante catálisis heterogénea
y escalado de la reacción
Iván Aguasa, Edwin Alarcón
b, Aída Luz Villa
c,*.
a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La producción de nopol mediante la reacción de condensación de Prins entre β-pineno y
formaldehído se lleva a cabo eficientemente con el catalizador Sn-MCM-41, obtenido por
impregnación húmeda incipiente de una disolución de SnCl2.2H2O en el material
mesoporoso MCM-41. Si la reacción se realiza en acetato de etilo, se inhibe la
polimerización de formaldehído en la fase vapor, la cual se favorece termodinámicamente
a temperaturas menores de 80 ºC. Cuando la reacción se realiza con β-pineno (relación
molar paraformadehído/ β-pineno de 2/1, 12 mg de catalizador, 1 mL de acetato de etilo,
90 °C, 6 h, 1 mmol paraformaldehído), se obtiene una conversión de β-pineno de 90 % y
una selectividad a nopol de 93%.
En esta contribución se extiende el uso del catalizador Sn-MCM-41 en la
oxifuncionalización de una trementina comercial (50% α-pineno, 40% β-pineno, 3%
limoneno, 7% otros monoterpenos) como fuente de β-pineno, en presencia de diferentes
cantidades de acetato de etilo como solvente. Los materiales se caracterizaron por DRX,
absorción atómica de Sn y área superficial BET. La trementina y productos de reacción se
caracterizaron mediante GC-MS.
La Figura 1a muestra que aunque la reacción puede realizarse en ausencia de solvente
se logran mayores rendimientos en presencia de acetato de etilo; en ausencia de solvente
se evidenció la formación de depósitos de paraformaldehído en las zonas frías de reactor.
La Figura 1b indica que al usar una relación de β-pineno/acetato de etilo de 3.2 mmol/mL
(0.25 mL de acetato de etilo), la selectividad a nopol se mantiene constante en
aproximadamente 90 % después de 8 h de reacción. Los resultados muestran que
utilizando trementina en vez de β-pineno, se puede obtener una actividad similar con 86 %
menos de solvente y 37.5% menos de paraformaldehído.
173
Fig. 1. Evaluación de la actividad de Sn-MCM-41 con trementina como fuente de β-
pineno. Condiciones de reacción: Catalizador (12 mg), trementina con 40 %p/p de β-
pineno (0.8 mmol), HCHOx (1 mmol), 90 °C, acetato de etilo como solvente (0.25 mL en
Fig. 1b).
Cuando la reacción se escaló 50 veces (respecto a las condiciones en la Figura 1b) en un
reactor Parr 4590 de 100 mL, se obtuvo una conversión de β-pineno del 92 % y 93 % de
selectividad a nopol después de 24 h; la composición en masa de los componentes
principales fue 42.7% de nopol, 2.37% de β-pineno y 51.73 % de α-pineno (Figura 2).
Fig. 2. Análisis cromatográfico de la trementina antes (a) y después de la
oxifuncionalización mediante la reacción de Prins con paraformaldehido (b).
Palabras clave: nopol; Sn-MCM-41; Trementina; escalado.
Tabla de contenido
2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
% R
end
imie
nto
Tiempo (h)
0 0.25 0.5
Cantidad de solvente (mL)
(a)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240
20
40
60
80
100
%
Tiempo (h)
% Conversión
% Selectividad
% Rendimiento
(b)
5 6 7 8 9 10
nopol
limoneno
-pineno
(b)
Tiempo (min)
(a)
-pineno
Inte
nsi
dad
(u.a
.)
174
Polietileno ADMET con control en las ramificaciones mediante
catálisis de grubbs de primera generación
Lina Marcela Delgado Cordobaa, Giovanni Rojas*
a,b, Kenneth B. Wagener
b.
a Departamento de Ciencias Químicas, Universidad Icesi, Cali, Colombia.
b Butler Polymer Research Laboratory, Department of Chemistry, University of Florida, Gainesville,
FL 32611-7200, USA.
Email: [email protected]
RESUMEN
A lo largo de los años la metátesis de olefinas se ha convertido en una de las reacciones
químicas más importantes permitiendo el desarrollo de macromoléculas con arquitecturas
diferentes ya que es la ruta ideal para la formación de dobles enlaces entre carbonos,
siendo este un proceso complejo de obtener a través de otras metodologías sintéticas.
Actualmente, la metátesis se encuentra ampliamente aplicada en los diferentes procesos
de síntesis orgánica, química de polímeros, de materiales y en la preparación de
fármacos.
Los catalizadores de Grubbs y Schrocks son uno de los materiales más utilizados para
realizar los procesos de metátesis debido a que son compuestos altamente selectivos,
siendo algunas veces capaces de actuar aún en presencia de alcoholes, agua y ácidos
carboxílicos. Debido a lo anterior el catalizador de Grubbs ha sido ampliamente utilizado
en las síntesis orgánica vía ADMET, la cual se basa en una serie de pasos que llevan
como resultados a una polimerización por condensación.
El proyecto aquí presentado se realizó por medio de una polimerización vía ADMET en
presencia del catalizador de Grubbs de primera generación con el fin de sintetizar
polietileno (PE) lineal de baja densidad (LLDPE), el cual es modificado controladamente a
fin de introducirle ramificaciones en lugares específicos de la cadena carbonada, los
cuales se conocen como espaciadores, siendo en este caso espaciadores de 18 y 9
carbonos, con ramificaciones de 7 y 21 carbonos respectivamente.
Cabe destacar que el proyecto es de gran importancia para la comunidad científica e
industrial ya que demuestra el control que se puede tener sobre los procesos de síntesis
poliméricas basadas en rutas catalíticas.
PALABRAS CLAVES: Modelamiento, polímero, polietileno, Metátesis, síntesis,
catalizador, alquilación, decianización, Cianización, bromación, hidrogenación.
Tabla de contenido
175
Polioxometalatos de Ni-Mo-W modificados por carburación para
la hidrodesulfuración de tiofeno.
Ronald Parraa, Esneyder Puello
b*, Joaquín L. Brito
c, Marta C. Daniels
d.
a, Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de
Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla,
Colombia. b
Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de
Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla,
Colombia. c Laboratorio de Fisicoquímica de Superficies. Centro de Química, IVIC. Apto 21827. Caracas,
Venezuela. d Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de
Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla,
Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Se desarrollaron nuevos catalizadores Hidrodesulfuración utilizando
heteropolioxometalatos tipos Anderson (NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O con diferentes
relaciones estequiométricas de Níquel, Tungsteno, Molibdeno (x= 0, 3), los cuales fueron
sintetizados a partir de sales heptamolibdato de amonio, nitrato de níquel y paratungstato
de amonio en solución acuosa. Los polioxometalatos obtenidos fueron modificados
gradualmente con carbono a través de tratamiento de carburación bajo una atmósfera de
20% CH4/H2, a una temperatura de 800°C a velocidad de calentamiento de 3°C/min
durante 5 horas. Posteriormente los catalizadores obtenidos se sometieron a
caracterización mediante técnicas fisicoquímicas como Difracción de Rayos-X (DRX),
espectroscopia Infrarroja (FT-IR), Análisis Elemental (CHNO-S), Análisis por BET y Área
Superficial Específica (ASE) por fisisorción de nitrógeno. Resultados de DRX mostraron
señales (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O, (NH4)4[NiMo3W3O24H6]•5H2O característico de
heteropolioxoanión tipo Anderson para las muestras oxídicas Tabla 1. Por otro lado, los
precursores carburados los difractogramas revelaron la presencia de las fases β-Mo2C,
NiC, WC, β-W2C.
176
Tabla 1. Resultados de DRX de los precursores oxídicos y especies carburadas.
Solidos Código del sólido Fases de DRX encontradas
(NH4)4[NiMo3W3O24H6]•5H2O NiMo3W3-O (NH4)4[NiMo3W3O24H6]•5H2O
(NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O NiMo6-O (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O
NH4)4[NiMo3W3O24H6]•5H2O
carburado
NiMo3W3-C β-Mo2C, NiC, WC, β-W2C
(NH4)4[NiMo6O24H6] •5H2O
carburado
NiMo6-C β-Mo2C, NiC
Los análisis por IR de los precursores oxídicos mostraron señales de Mo-O2, Mo-O-Mo,
Mo-O-W, Ni-O-Mo, W-O-W correspondientes a óxidos mixtos de Ni-Mo-W que son
característico de heteropolioxomolibdatos sintetizado, una vez carburados estos
precursores solo se encontraron señales Mo-O2 en los espectros IR a causa de la
oxidación. Se encontraron isotermas de absorción tipo IV para todos los materiales e
histéresis H3, además de presentar bajas áreas superficiales estos posee un tamaño de
poro en el rango de mesoporosos. Tanto los precursores y sus homólogos carburo fueron
probados en la reacción de hidrodesulfuración de tiofeno, el cual fue pretratado
inicialmente con CS2/H2 durante 2 horas a 350°C, mientras que la reacción se realizó a
400°C durante 3 horas. Todos los catalizadores fueron activos para la reacción de HDS
de tiofeno siendo los precursores carburados los más activo en comparación con su
precursor oxídico en el orden: NiMo3W3-C(30%)˃NiMo6-C(16%)˃NiMo6-O(14%)˃NiMo3W3-
O(12%)
Palabras clave: carburos; heteropolimetalatos; hidrodesulfuración; Catalizador.
Tabla de contenido
177
Potencial catalítico de las zeolitas naturales presentes en la
formación Combia, Municipio de La pintada (Colombia).
J. F.Gelves
a*, G.Sierra
b, M. A. Marquez
c.
a Estudiante Doctorado en Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad Nacional de Colombia,
Medellín b Grupo de investigación en catálisis y nanomateriales, Universidad Nacional de Colombia,
Medellín. c Grupo de investigación en mineralogía aplicada y bioprocesos, Universidad Nacional de
Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Las zeolitas naturales son minerales aluminosilicatos de elementos alcalinos y
alcalinotérreos de carácter hidratado cuyo entramado estructural y propiedades químicas
hacen que este material tenga gran potencial de aplicaciones .Su capacidad adsorbente y
de intercambio iónico, alta área superficial, su acidez y microporosidad son algunas de las
propiedades más destacadas. En catálisis diversas aplicaciones se han reportado en la
literatura; como craqueo catalítico, isomerización de butano y de hexano,
deshidrogenación de propano, degradación catalítica de poliestireno,
desmercaptanización de petróleo y productos del petróleo, deshidratación de metanol,
oxidación catalítica de amoniaco a nitrógeno ó la reducción catalítica de NOx son algunos
ejemplos de la importancia estratégica que representa para un paísel contar con este
recurso minero.
Luego de concentrar las zeolitas, se realizó un estudio de las propiedades fisicoquímicas
del mineral. Las zeolitas procedentes de la formación Combia fueron analizadas mediante
el uso de difracción de rayos (DRX, DRX in situ en atmosfera de H2), fluorescencia de
rayos X, espectroscopia de infrarrojos con Transformada de Fourier, microscopía
electrónica de barrido y de transmisión con detector de rayos X por energía dispersiva,
caracterización a temperatura programada (TPD-NH3, TPD -CO2, TPR -H2) y
determinación del área superficial mediante adsorción de nitrógeno (modelo BET). Los
resultados obtenidos han permitido establecer que la fase zeolitica predominante en el
depósito del municipio de la Pintada es la heulandita, con una relación Si/Al entre 3,75-
4,50, con predominio de los cationes de intercambio calcio y potasio. Se evidenció otras
fases en cantidad inferior al 5% como la chabazita, phillipsita y mordenita. Fases
acompañantes como la celadonita (filosilicato del grupo de las micas rico en hierro,
magnesio y potasio) y feldespato tipo plagioclasa están presentes en el material
concentrado.
178
Heulandita presenta morfología laminar (Figura 1) y se encuentra por lo general
acompañada de una capa de celadonita alterada en su superficie, esta última fase le
otorga al material una alta concentración de hierro superficial. La superficie específica del
material fue de 33,5 m2/g la cual es baja en comparación con sus homologas las
sintéticas, pero aceptab dentro los referentes existentes en la literatura para la heulandita.
Los resultados de desorción a temperatura programada revelan la presencia de sitios
ácidos (figura 2), típicos en las zeolitas, sin embargo no fue evidenciada la presencia de
sitios básicos usando CO2 como adsorbato. Los resultados de TPR-H2 (figura 3) y DRX in
situ revelan que es posible reducir el hierro presente en el material zeolitico (el cual
corresponde al 3,15% en peso del total de la muestra), se evidenció que este elemento se
encuentra mayoritariamente como Fe2+ siendo muy útil para algunas reacciones de
oxireducción. Se evidenció que la fase zeolitica pierde su estructura cristalina por arriba
de los 500°C.
Las micrografías electrónicas de TEM después de reducción en hidrogeno evidencian la
formación de partículas metálicas con una amplia distribución de tamaños, observándose
agregados desde 20 nm hasta 100 nm.
Los diferentes resultados obtenidos permiten concluir que el posible uso de este material
como precursor catalítico se ve limitado a temperatura inferiores a los 500 °C producto de
la perdida de la estructura cristalina; es posible mejorar este límite realizando un procesos
de intercambio catiónico de calcio, el cual es el responsable de este efecto. La baja
presencia de sodio en la zeolita es un hecho interesante que puede favorecer la difusión
dentro del material, ya que este se ubica preferencialmente en el canal de mayor tamaño.
La superficie específica no es muy elevada pero existen aplicaciones en la literatura
dentro de este rango, podría mejorarse mediante tratamiento de desaluminización.
Las propiedades acidas de este material pueden ser de gran utilidad en aplicaciones
catalíticas relacionadas con la industria del petróleo como las mostradas al inicio de este
Resumen. El contenido de hierro presente en el material, su posibilidad de reducción
hasta fase metálica y el estado de oxidación en el que se encuentra este, puede conllevar
a una variedad de aplicaciones, como por ejemplo la reducción catalítica selectiva de
179
óxidos de nitrógeno. Otros estudios han demostrado que zeolitas con relaciones Si/Al
bajas y de poros pequeño como en este caso, pueden llegar a favorecer la conversión y
selectividad hacia hidrocarburos en la reacción de reformado de metano empleando
catálisis heterogénea asistida con plasma no térmico.
Palabras clave: geocatalizador; zeolita natural; precursor catalítico; minerales
colombianos.
Tabla de contenido
180
Precursores laminares de Ni/Co/Mo y MCM-41 como catalizadores
promisorios en reacciones de oligomerización
John M. Franco-Ramírez
a, Sandra L. Amaya
a, Adriana Echavarría
a*
a Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21,
Medellín-Colombia.
Email: *[email protected]
Resumen
y son sólidos bidimensionales que poseen átomos
firmemente ligados entre sí; cada lámina está formada por átomos unidos por enlaces
covalentes, mientras las láminas permanecen unidas por interacciones electrostáticas tipo
Van der Waals. El uso de materiales laminares como precursores para la obtención de
catalizadores tipo óxidos mixtos ha sido reconocido como un método muy prometedor, ya
que da lugar a materiales con propiedades químicas y estructurales muy interesantes
desde el punto de vista catalítico. Sin embargo, la utilización de un soporte podría
conferirle a estos óxidos mixtos mayor área superficial, estabilidad térmica y química; y
resistencia mecánica, que podría mejorar la actividad catalítica. Entre las aplicaciones de
estos catalizadores se han encontrado trabajos en reacciones de hidrotratamiento,
oxidación, deshidrogenación. Con base en lo anterior, y teniendo en cuenta las
propiedades que estos materiales poseen surge el interés de estudiar precursores que
contengan Ni, Co, Mo y soportarlos en materiales mesoporosos como la MCM-41, para
ser valorados en la reacción de oligomerización de olefinas livianas.
En este trabajo se sintetizaron tres precursores con composición Ni/Co/Mo. Los
materiales bimetálicos se obtuvieron por el método de coprecipitación mientras el
trimetálico por el método hidrotérmico. Posteriormente, los precursores se calcinaron a
673 K, temperatura seleccionada a partir de los resultados de análisis termogravimétrico.
Los óxidos mixtos obtenidos se denominaron NiMo673, CoMo673 y NiCoMo673.
Por separado, se sintetizó el soporte MCM-41 teniendo en cuenta metodologías descritas
en la literatura. A través de una mezcla física al 50% p/p, se agregó el óxido mixto en el
soporte. Los óxidos mixtos se denominaron NiMo673/MCM-41, CoMo673/MCM-41,
NiCoMo673/MCM-41. Paralelamente, se realizó una mezcla precursor laminar con MCM-
41 al 50% p/p; luego, se calcinó a 673 K, con el fin de determinar el efecto de la
temperatura en la obtención de los óxidos mixtos soportados. Una vez caracterizados, se
encontró que estos materiales mostraron en los resultados de difracción de rayos X
(Figura 1) patrones similares a los obtenidos con los óxidos mixtos soportados en MCM-
picos cuando se trataron térmicamente los materiales laminares soportados, lo que
sugiere mayor grado de cristalinidad con esta metodología. Adicionalmente, todos los
181
materiales sintetizados se caracterizaron por absorción atómica, donde se confirmó la
presencia de estos metales en la composición del catalizador.
Al considerar las propiedades estructurales, texturales y de composición de los materiales
obtenidos en este trabajo, se prevé que pueden ser promisorios para la reacción de
oligomerización de olefinas livianas, debido, no solo a la presencia sitios activos; sino, al
carácter mesoporoso que estos materiales poseen, y que influye de manera considerable
en dicha reacción.
Figura 1. Patrones de Difracción para óxidos mixtos soportados en MCM-41 con: a. Tratamiento
térmico antes del mezclado b. Tratamiento térmico posterior al mezclado.
Palabras clave: Fase laminar Øy; MCM-41; precursor catalítico, soporte catalítico,
oligomerización.
Tabla de contenido
182
Preparación de sistemas híbridos M@NTC (Metal-Nanotubos de
carbono) por deposición química-catalítica en fase de vapor –
CCVD
Merlyn Vargasa*, Jaime Gallego
b, Alexander Santamaria
c.
a, b, c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia, 050010.
Email: [email protected],
Resumen
La tendencia de las nuevas investigaciones en nanotubos de carbono está orientándose a
la modificación superficial de estos materiales, lo cual se hace agregando grupos
funcionales ya sea orgánicos o inorgánicos, dando lugar a compuestos llamados sistemas
híbridos. Recientemente se está desarrollando gran interés por la producción de sistemas
híbridos nanopartículas-nanotubos de carbono, debido a que este tipo de modificaciones
influencian fuertemente las propiedades físicas de los nanotubos de carbono,
potenciándolos para una gran variedad de aplicaciones. Aun así, estos materiales poseen
grandes inconveniente debido a la inestabilidad de las nanopartículas metálicas, las
cuales pueden sufrir fácilmente procesos de oxidación. En la literatura se han propuesto
pasivaciones en atmosfera pobre en oxígeno y cubrimiento de las nanopartículas con otro
metal que no sea fácilmente oxidable, como Au y Pt, pero dichas metodologías tienen
influencia negativa en las propiedades magnéticas y eléctricas de estos materiales.
Con el fin de obtener sistemas híbridos de nanopartículas metálicas encapsuladas en las
paredes de nanotubos de carbono o M@CNT, en este trabajo se realizó el cubrimiento
con grafeno de nanopartículas metálicas de Fe, Ni y Co soportadas en nanotubos de
carbono. Las nanopartículas se impregnaron en la superficie de los nanotubos de carbono
y fueron reducidas en un horno a altas temperaturas en atmosfera de nitrógeno. En este
procesos obtuvieron tamaños de partícula alrededor de 23 nm. El cubrimiento de las
nanopartículas se llevó a cabo por el método catalítico de deposición química de metano,
donde las nanopartículas metálicas fueron el catalizador sobre el cual se produjo la
descomposición del gas metano, quedando cubiertas por el grafeno producto de dicha
reacción. La reacción de deposición de metano se realizó en un horno vertical con un flujo
constante de Argón, a una temperatura de 900 °C y realizando pulsos de metano. Los
productos de reacción fueron seguidos por espectrometría de masas on-line. Durante los
primeros pulsos de metano se observó la producción de H2, lo que indica que se llevó a
cabo la reacción de descomposición del metano. Después de 5 pulsos de metano, la
señal se hace constante para este gas y desaparece la producción de H2 indicando la
183
saturación de los sitios activos (nanopartículas metálicas).Los materiales obtenidos fueron
caracterizados usando diferentes técnicas analíticas, tales como: difracción de rayos X,
microscopia electrónica de transmisión y espectroscopia Raman. Por difracción de rayos
X se observaron los picos de difracción correspondientes a la fase metálica de las
nanopartículas (Fe0, Ni0 y Co0) en los materiales finales. Por espectroscopia Raman se
corrobora el aumento en el grado de grafitización después del cubrimiento de las
nanopartículas con el grafeno. Con microscopía electrónica de transmisión, como se
muestra en la figura, se observaron las nanopartículas cubiertas con por lo menos 3
capas de grafeno. Con esto se confirmó la obtención de los sistemas híbridos de
nanopartículas metálicas decoradas por grafeno ancladas sobre nanotubos de carbono, lo
cual es muy prometedor debido a la alta estabilidad que puede brindar el grafeno a estos
materiales.
Palabras clave: nanopartículas metálicas; nanotubos de carbono; descomposición
catalítica de metano; sistemas híbridos M@NTC.
Agradecimientos al proyecto CODI “Síntesis y caracterización de sistemas híbridos metal-
nanotubos de carbono” y sostenimiento 2014-2015.
Tabla de contenido
184
Preparación y caracterización de óxidos de LaMnO3 en forma de
polvo y capa delgada por el método de rocío pirolítico.
J. M. Rendón, J. S. Valencia, L. C. Moreno-Aldana*.
Aplicaciones fisicoquímicas del estado sólido AFES, Laboratorio de catálisis heterogénea,
Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Bogotá, Colombia,
Código postal 11001.
Email: *[email protected], [email protected], [email protected]
Resumen
En este trabajo se prepararon óxidos de lantano y manganeso con estructura perovskita
en forma de polvo y capas delgadas por el método de rocío pirolítico a partir de soluciones
acuosas de nitrato de manganeso y nitrato de lantano.
Las capas delgadas se prepararon por el método de rocío pirolítico pulsado, en el cual el
aerosol se aplicó sobre el sustrato de vidrio caliente; como resultado de la evaporación del
disolvente y la descomposición de los precursores y la reacción se obtuvieron capas de
óxido con espesores que variaron según el volumen nebulizado de disolución. La
temperatura del sustrato se varió entre 500 y 700 OC, el volumen de la solución atomizada
sobre los sustratos se varió entre 2,0 y 10,0 mL, Las muestras de LaMnO3 en forma de
polvo fueron preparadas por el método de rocío pirolítico aplicando un aerosol dentro de
un tubo de cuarzo que estaba localizado en un horno tubular a temperaturas entre 500 y
900 OC. En ambos casos el aerosol fue obtenido atomizando con aire a 2 atm de presión
una solución acuosa con las cantidades estequimétricas de nitratos de La y Mn con un
flujo volumétrico de 2,0 mL/min, las concentraciones de los cationes fueron iguales a 0,1
M cada uno.
Se estudió el efecto de la temperatura sobre las propiedades cristalográficas,
morfológicas y catalíticas de las muestras de óxidos obtenidas por difracción de rayos X,
microscopia electrónica de barrido y en la combustión de metano respectivamente.
De los resultados de difracción de rayos X de muestras de LaMnO3 en forma de polvo se
puede concluir que se pueden obtener óxidos LaMnO3 en pocos segundos con estructura
hexagonal con distorsión romboédrica (JCPDS 050-0298) a temperaturas superiores a
700 °C o, sometiéndolas a un tratamiento térmico posterior a temperaturas superiores a
600 OC durante tiempos superiores a 1 hora. Las capas delgadas adquieren la misma
estructura cristalina luego de un tratamiento térmico a 600 OC durante dos horas.
Mediante análisis de microscopía electrónica de barrido se observó que los catalizadores
producidos están conformados por partículas con superficie poco rugosa, en su mayoría
de forma esférica y diámetro distribuido de entre 1 y 10μm. La superficie de estas esferas
es similar a la superficie de las capas delgadas. Las muestras de LaMnO3 en forma de
polvo presentaron un T50 en la combustión de metano de 525 OC.
185
Palabras clave: Perovskita de lantano; rocío pirolítico; microesfera; capa delgada.
Tabla de contenido
186
Preparación y Evaluación de Nanotubos de TiO2 sensibilizados
con Fe3O4 en la oxidación avanzada de soluciones acuosas de
glicerol
Andrés F. Álvareza*, Martha E. Niño
b, Ingrid N. Sequeda
c.
a,b,c Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia (680001).
Email: [email protected],
Resumen
Nanotubos de TiO2 fueron sensibilizados con Fe3O4 para estudiar su fotoactividad bajo luz
visible. Los nanotubos de TiO2 fueron preparados por el método de anodización química
utilizando una lámina de Titanio como ánodo. Fe3O4 fue sintetizado por el método síntesis
hidrotermal. La caracterización morfológica fue desarrollada usando microscopia
electrónica de barrida de emisión de campo, espectroscopia de energía dispersiva,
espectroscopia Raman y espectroscopia de reflectancia difusa UV-Vis. Técnicas
electroquímicas como potencial a circuito abierto y voltamperometría de barrido lineal
fueron usadas para la caracterización fotoelectroquímica. Absorción en la región visible
fue observada para los nanotubos TiO2 sensibilizados con Fe3O4.
Las micrografías SEM mostraron un cubrimiento total de los nanotubos de TiO2 por parte
de Fe3O4. El análisis elemental reveló la presencia de Ti, O, Fe y C. La fase anatasa y las
fases espinelas fueron observadas por espectroscopia Raman para los nanotubos de TiO2
y los nanotubos de TiO2 sensibilizados con Fe3O4, respectivamente. Los resultados de
reflectancia difusa mostraron la absorción de luz visible por parte de los nanotubos de
TiO2 sensibilizados. El potencial a circuito abierto y la voltamperometría lineal de barrido
confirmaron la fotoactividad de los nanotubos de TiO2 sensibilizados con Fe3O4 en la
absorción de luz visible.
La actividad fotoelectrocatalítica de los NT-TiO2 sensibilizados en Fe3O4 fue estudiada en
la reacción de degradación de soluciones acuosas de glicerol utilizando
cromoamperometría como técnica degradativa. El porcentaje de glicerol degradado se
cuantificó por cromatografía de gases empleando el método de normalización de áreas.
Palabras clave: Nanotubos de TiO2; anodización química; fotoelectrocatálisis;
síntesis hidrotermal
Tabla de contenido
187
Preparación, caracterización y evaluación de la actividad
catalítica de óxidos mixtos tipo perovskitas La0.9Sr0.1BO3 (B=Fe,
Co, Mn) en la combustión de metano
Edison Zuluaga*, German Sierra
b, Astrid Sanchez
c, Jaime Gallego
d.
a,b,d Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia 05001000.
c Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia 05001000.
Email: [email protected],
Resumen
La combustión es un tema que tiene una gran relevancia en la actualidad por sus
implicaciones medio ambientales y por el gran interés científico de conocer, modelar e
implementar aplicaciones industriales que utilicen este proceso de manera más eficiente.
Para mejorar el rendimiento de la combustión es común utilizar catalizadores que ayuden
a favorecer la reacción. El metano es uno de los gases más utilizados en la obtención de
energía útil a través de la combustión catalítica, donde los óxidos mixtos tipo perovskitas
son unos de los catalizadores más atractivos. Estos materiales tienen interesantes
propiedades físicas y químicas asociadas a la gran variedad de compuestos que pueden
formar esta estructura cristalina, siendo una de ellas la estabilidad térmica. Por lo anterior
se prepararon óxidos tipo perovskita La0.9Sr0.1BO3 (B = Co, Fe, Mn) por el método de
autocombustión, con el fin determinar el desempeño de estas perovskitas como
catalizador en la oxidación de metano. La cantidad de precursores de cobalto, hierro,
lantano y manganeso se ajustó para obtener 1,0 g de cada una de las tres perovskitas
después de la etapa de síntesis y calcinación. Se utilizaron precursores de nitrato, se
disolvieron con glicina (NH2-CH2-COOH) en agua (100 ml), garantizando una relación
molar de NO3/NH2 de 1. La solución resultante se calentó a 150 °C en una plancha con
agitación bajo condiciones atmosféricas con el fin de evaporar el exceso de agua; luego
se subió la temperatura a 600 °C hasta promover el proceso de autoignición. Cada una de
las perovskitas se analizó por la técnica DRX para garantizar la formación de la estructura
característica. Posteriormente se evaluó la eficiencia como catalizador en la combustión
de metano. La reacción se realizó en un reactor vertical de cuarzo desde temperatura
ambiente hasta 900 °C, con incrementos de temperatura de 5 °C/min a presión
atmosférica, bajo un régimen estacionario de metano (10 mL/min), oxígeno (20 mL/min) y
argón (70 mL/min). La conversión de la reacción se analizó a través de un cromatógrafo
de gases a la salida del reactor. Se observa que la perovskita La0.9Sr0.1FeO3 muestra una
menor temperatura que la perovskita La0.9Sr0.1MnO3 para la conversión de 50 % de CH4.
188
Los resultados obtenidos están en concordancia con los resultados reportados en la
literatura y presentan algunas mejoras. La buena actividad catalítica presentada por la
perovskita La0.9Sr0.1FeO3 se puede explicar probablemente por la capacidad del Fe3+ de
cambiar su estado de oxidación a Fe4+, adicional a esto el contenido de Sr+2 que sustituye
a los cationes La+3, genera vacancias de oxígeno, esto produce una gran movilidad en la
estructura de los átomos de oxígeno, estando disponibles para la oxidación de las
moléculas adsorbidas. Actualmente se están llevando a cabo experimentos adicionales
para determinar las hipótesis planteadas.
Palabras clave: perovskitas; estructura cristalina; combustión catalítica;
autocombustión
Tabla de contenido
189
Procesos Fenton y foto-Fenton para el tratamiento de aguas
residuales coloreadas empleando Fe2O3 soportado en nanotubos
de carbono
Julián Garcíaa, Alejandro Perez
b, Aura M. Pedroza
c, Carlos E. Daza
d*.
a Grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial, Departamento de Microbiología, Pontificia
Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. b Grupo de Fitoquímica, Departamento de Química, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No.
43 – 82, Bogotá, Colombia. d Estado Sólido y Catálisis Ambiental, Departamento de Química, Universidad Nacional de
Colombia, Carrera 30 No. 45-03, Bogotá, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
En el presente trabajo, se propuso el uso del proceso Fenton y foto-Fenton para el
tratamiento de aguas residuales contaminadas con diferentes colorantes usados en las
tinciones microbiológicas utilizando como catalizador al Fe2O3 soportado sobre nanotubos
de carbono fabricados por descomposición catalítica de metano. Se estudió el efecto de la
concentración de Fe en los catalizadores, la masa del catalizador y la concentración de
H2O2. Para cada proceso se diseñó un reactor tipo batch y se utilizaron catalizadores de
Fe2O3 en el rango entre 1 y 5 % m/m de Fe. Para la síntesis de los nanotubos de carbono,
se utilizaron tres catalizadores óxidos: Ni-Cu-Al, Ni-Mg-Al y Ni-Cu-Mg obtenidos por el
método de auto-combustión, en donde se evaluó la composición química del sólido
buscando un mayor rendimiento en la producción de los nanotubos de carbono. El
catalizador de Ni-Cu-Al presentó los mayores rendimientos en la formación de nanotubos
de carbono con una producción de 6,17 ± 0,68 g/gcatalizador. Los nanotubos fueron
caracterizados usando microscopía electrónica de barrido (MEB) y de transmisión (MET),
y espectroscopía Raman. La estructura de los nanotubos fue de pared múltiple, la media
de los diámetros externos fue de 44,0 nm y la media de la longitud fue de 237,1 nm con
una morfología fibrilar sin algún ordenamiento específico. Para los tratamientos al agua
residual, se planteó un diseño estadístico factorial 33 con punto central en el cual se
combinó la concentración de H2O2, la masa del catalizador y la concentración de Fe. Los
mejores tratamientos fueron aquellos en los que se usó el catalizador con 5 % m/m de Fe,
200 mg y 0,4 M de H2O2 con una remoción de color de 91 (±9) % en la reacción Fenton y
73 (± 1) % en la reacción foto-Fenton. Los procesos estudiados son promisorios para el
tratamiento de efluentes contaminados con colorantes.
190
Palabras clave: Fenton; Fotofenton; Nanotubos de Carbono; contaminante;
Catalizador; Catálisis Ambiental.
Tabla de contenido
191
Producción catalítica de hidrógeno a partir de bioetanol obtenido
por fermentación de glucosa
Néstor Sánchez
a, Bernay Cifuentes
b, Ruth Yolanda Ruiz
c, Martha Cobo
d*.
Universidad de La Sabana, Bogotá, Colombia, 11091.
Email: [email protected],
Resumen
El aumento de emisiones de gases de efecto invernadero, debido al uso excesivo de
combustibles fósiles como fuente de energía, representa un importante reto ambiental. La
implementación de nuevos modelos energéticos basados en hidrógeno es una alternativa
al uso de combustibles fósiles. Por ejemplo, el uso de hidrógeno en celdas de
combustibles genera agua como principal subproducto de la reacción y puede operar a
altas eficiencias. Además, el hidrógeno se puede obtener a partir de fuentes renovables
como biomasa, mediante la integración de procesos biológicos como la fermentación de
azúcares para la obtención de etanol, y procesos químicos como la transformación
catalítica de etanol en hidrógeno en presencia de un catalizador. De acuerdo a lo anterior,
el objetivo de este proyecto de investigación fue comparar la producción de hidrógeno a
partir de bioetanol crudo y bioetanol sintético en presencia de un catalizador de
Rh0.4Pt0.6/CeO2.
El bioetanol crudo se obtuvo a partir de la fermentación de una solución modelo de
glucosa (300 g L-1 glucosa, 21.5 g L-1 peptona, 15 g L-1 extracto de levadura, 0.56 g L-1
Ca3PO4, 1.56 g L-1 MgSO4, pH 5.5) utilizando un inóculo de 10% v/v de levadura
(Fermentis®) previamente activada en caldo YPG (extracto de levadura, peptona,
glucosa). La fermentación se llevó a cabo en un biorreactor de 3 L a 200 RPM, 30°C y 62
h de incubación. El bioetanol obtenido se sometió a un proceso de purificación en
rotoevaporador hasta obtener una relación molar agua: etanol de 3:1. Finalmente, esta
muestra se sometió al proceso de reformado con vapor de etanol usando un catalizador
Rh0.4Pt0.6/CeO2. Se evaluó la producción de hidrógeno y de otros subproductos de
reacción en un rango de temperatura entre 400°C y 700°C. Igualmente se realizó una
prueba de estabilidad durante un periodo de 27 horas a 700°C. Este mismo procedimiento
se realizó a una muestra de bioetanol sintético (preparado a partir de etanol y agua).
Cuando se utilizó bioetanol crudo durante la reacción de reformado catalítico a 700°C, se
obtuvo una producción de 14 moles de hidrógeno por mol de etanol alimentado, 3.5 veces
más de lo que se obtuvo con bioetanol sintético (4 moles de hidrógeno por mol de etanol
alimentado). Las moles adicionales de hidrógeno obtenidas a partir del reformado de
bioetanol crudo pueden estar relacionadas con el reformado simultáneo de otros
compuestos alifáticos que se generaron en la fermentación y que fueron detectados en la
192
muestra (acetato de etilo, 1-propanol, isopentanol, isobutanol, 1-butanol). Además, hubo
un incremento en la producción de monóxido de carbono y metano en el rango de
temperatura evaluado. Además, durante la prueba de estabilidad de 27 h a 700 °C, la
concentración de hidrógeno en la corriente gaseosa de salida se mantuvo constante
(~80% molar) durante el tiempo de reacción y la conversión de etanol fue completa.
De esta manera, el bioetanol crudo se puede considerar como una alternativa para la
producción de hidrógeno por reformado con vapor. Actualmente se está realizando la
caracterización de los catalizadores para determinar sus características antes y después
de reacción; y se está evaluando el reformado de cada compuesto detectado en la
muestra fermentada para determinar su contribución a la producción de hidrógeno.
Palabras clave: Alifáticos; Análisis termogravimétrico; Fermentación; Reformado
catalítico, Estabilidad
Tabla de contenido
193
Producción de furfural y precursor de alcanos basado en la
transformación catalítica de biomasa
Valentina Aristizábala, Álvaro Gómez Peña
b, Carlos A. Cardona
a,*.
a Instituto de Biotecnología y Agroindustria, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.
Manizales, Colombia. b
Departamento de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.
Manizales, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La incertidumbre sobre las reservas de petróleo y los precios, así como el cambio
climático se han convertido en importantes razones para buscar nuevas alternativas para
producir productos de valor agregado y combustibles. La demanda de energía ha
generado un renovado interés en la producción de combustibles a partir de biomasa. La
biomasa lignocelulósica se considera generalmente una materia prima prometedora
debido a su disponibilidad en grandes cantidades, su coste relativamente bajo y su
potencial de sostenibilidad. El bagazo de caña de azúcar es un residuo fibroso obtenido
después de extraer el jugo de la caña de azúcar en el proceso de producción de azúcar.
La zoca de café es un corte por encima de la tierra donde la planta de café se cultiva de
15 a 20 cm de longitud y se obtiene mediante la renovación de cultivos. Estos residuos
lignocelulósicos se encuentran sobre todo en los países tropicales como Colombia, Brasil,
Cuba e Indonesia.
Compuestos a base de furanos son productos altamente versátiles y claves utilizados en
la fabricación de una amplia gama de productos químicos importantes y pueden servir
como precursores para la producción de combustibles para avión (alcanos C7-C15). Los
azúcares derivados de biomasa pueden ser convertidos a combustibles convencionales a
través de la combinación de reacciones de aldol-condensación e
hidrogenación/deshidratación. Muchos autores han realizado un trabajo intenso en esta
área, aplicando conceptos de ingeniería molecular para formular estrategias catalíticas y
rutas de transformación de biomasa para la producción de componentes de combustibles
renovables y sustancias químicas.
Teniendo en cuenta los avances en la conversión catalítica de biomasa, este trabajo se
centra principalmente en la descripción de un estudio de viabilidad a través de estrategias
de simulación en comparación con el trabajo experimental de bagazo de caña de azúcar y
zoca de café. Aspen Plus V8.2 se utilizó como herramienta computacional para llevar a
cabo la evaluación tecno-económica. Los datos experimentales fueron alimentados al
simulador para evaluar la viabilidad del proceso. Las simulaciones y los experimentos se
194
compararon para los siguientes pasos: 1) La hemicelulosa presente en la biomasa se
somete a una hidrólisis ácida para formar xilosa, 2) la xilosa se deshidrata para formar
furfural, 3) el furfural reacciona con acetona en una reacción de aldol-condensación para
formar el precursor de alcanos (4-(2-furil)-3-buten-2-ona), esta reacción fue catalizada por
Pd/MgO –ZrO2. El catalizador se sintetizó y se caracterizó estructural y morfológicamente
por una amplia gama de técnicas físicas. Como resultado principal, este trabajo demostró
que el bagazo de caña de azúcar y la zoca de café son materias primas adecuadas para
la obtención de furfural y precursor de alcanos.
Palabras clave: Biomasa; bioprocesos; catálisis; métodos experimentales.
Tabla de contenido
195
Producción de H2 por reformado con vapor de etanol usando
catalizadores de RhPt/CeO2: Efecto de la relación Rh:Pt en el
desempeño catalítico
Bernay Cifuentes
a, Martha Cobo
b*.
a,b Universidad de La Sabana, Chía, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
La conversión de etanol a hidrógeno se ha propuesto como una estrategia prometedora
para desarrollar un modelo energético sostenible; debido a que el hidrógeno se puede
usar celdas de combustible para generar electricidad en aplicaciones móviles. Aunque el
catalizador RhPt/CeO2 ha sido reportado como activo en el reformado con vapor de etanol
para producir hidrógeno, la relación de los metales activos puede tener un efecto sinérgico
en la actividad catalítica. En este trabajo se evaluó el efecto de la relación Rh:Pt en la
actividad, selectividad y estabilidad de catalizadores de RhPt/CeO2 en el reformado con
vapor de etanol para producir H2.
Los catalizadores se prepararon por impregnación húmeda incipiente con diferentes
proporciones másicas de Rh:Pt (1:0, 3:1, 1:1, 1:3 y 0:1) y una carga total de metales de
0.8 % en peso. Antes de la reacción, los catalizadores se redujeron en 10% H2/N2 a 700
°C por 1 hora. El reformado se llevó a cabo entre 400 y 700 °C en un reactor de lecho fijo
con 100 mg de catalizador, una relación molar etanol:agua:N2 de 1:3:51 y una velocidad
espacial del gas de 70.600 h-1 a presión atmosférica. Los resultados experimentales se
evaluaron con el software Design Expert 8 (Stat-Ease, Inc, USA) con el fin de generar
superficies de respuesta que permitieran analizar el efecto de la relación Rh:Pt sobre el
desempeño catalítico, determinando las zonas de operación más favorables para obtener
mayor producción de H2. El catalizador más activo y selectivo se sometió a pruebas de
estabilidad y a 5 ciclos de encendido/apagado durante 72 h, con el fin de determinar la
respuesta del catalizador ante cambios repentinos en la operación, lo cual es común en el
arranque y parada de los vehículos.
Aunque se obtuvo conversión total de etanol por encima de 600 °C en todas las muestras
de catalizador evaluadas, los catalizadores bimetálicos mostraron mayor actividad y
selectividad que los monometálicos. A menores temperaturas los catalizadores con mayor
contenido de Rh (1:0 y 3:1) fueron más activos. Un análisis de las superficies de repuesta
arrojó que a 680 °C con el catalizador 1:1 se obtiene una mayor producción de H2 ( 3.7
mol H2/mol de etanol alimentado), con menor formación de CH4 y CO en comparación con
los demás catalizadores. El catalizador con una relación 1:1 se sometió a pruebas de
196
estabilidad y ciclos de encendido/apagado a 680 °C. Bajo estas condiciones, se no se
detectaron cambios en la actividad del catalizador. En las primeras diez horas de
estabilidad, se observó CH4 en los productos de reacción, lo que redujo la cantidad de H2
producido. Sin embargo, la producción de H2 se estabilizó progresivamente hasta alcanzar
el limite termodinámico (4.3 mol H2/mol de etanol alimentado). Por otro lado, se observó
una disminución de 5% en la producción de H2 entre el primer (3.7 mol H2/mol de etanol
alimentado) y el segundo ciclo (3.5 mol H2/mol de etanol alimentado) de
encendido/apagado. No se observó ningún cambio significativo en la distribución de
productos entre los restantes ciclos.
Se pudo concluir que la presencia de Rh favoreció el reformado a altas temperaturas (550
°C) y la presencia de Pt promovió la reacción de desplazamiento de gas de agua a
temperaturas inferiores. El catalizador con una relación Rh:Pt de 1:1 conservó su
actividad durante 27 horas de operación y disminuyó levemente la selectividad a H2 ante
ciclos de encendido/apagado, mostrándose prometedor para la producción de H2 a partir
de etanol.
Palabras clave: reformado con vapor; etanol; hidrógeno; catalizadores Rh-Pt; CeO2.
Tabla de contenido
197
Producción en una sola etapa de 5-hidroximetilfurfural (HMF) a
partir de glucosa con el uso de óxidos básicos-ácidos
(LaOx/Nb2O5)
David Silva
a*, José Martínez
a, Hugo Rojas
a, Eliana Nope
a.
a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia.
Email: *[email protected], [email protected], [email protected],
Resumen
El propósito de este trabajo es evaluar las características base-ácido de LaOx-Nb2O5 en la
isomerización de la glucosa en fructosa y la deshidratación de fructosa a 5-
hidroximetilfurfural (HMF) en un medio acuoso; la figura 1 expresa la reacción estudiada.
La reacción implica inicialmente la isomerización de glucosa a fructosa la cual necesita
de sitios básicos para facilitar la reacción de isomerización los cuales son proporcionados
por el lantano en la superficie del catalizador; el proceso de deshidratación de fructosa a
HMF se ve favorecido con la presencia de sitios ácidos proporcionados por el óxido de
niobio. Para ello se impregnó LaCl3 en distintas proporciones (1%, 3%, 5%) sobre Nb2O5
(99.99, Sigma-Aldrich) y se calcinaron a 773K en atmósfera de aire. Los análisis por
difracción en rayos X (DRX) muestran que la impregnación de las especies de LaCl3 en el
óxido de niobio no representa un cambio significativo en la cristalinidad del material. Los
resultados de fisisorción de nitrógeno a 77 K muestran que al incorporar especies de
lantano sobre el óxido de niobio el área superficial disminuye con respecto a la del sólido
comercial siendo todas menores a 10 m2/g. Los análisis de TPD-NH3 y TPD-CO2 para
LaOX/Nb2O5 muestran tres tipos de acidez, presentando un mayor área los sitios ácidos
débiles; los resultados sugieren que la producción de HMF está relacionada con la
cantidad de sitios básicos débiles (aportados por los compuestos LaOX) los cuales
198
favorecen la isomerización de la glucosa en fructosa mientras que los sitios ácidos
moderados y fuertes (Nb2O5) favorecen no sólo la conversión de glucosa sino también la
formación de HMF, pero se evidencia la descomposición de HMF en ácidos orgánicos y
huminas.
El test catalítico se estudió en un reactor tipo batch en ambiente de oxígeno, a distintas
temperaturas (433K, 453K, 473K), el seguimiento de la reacción se realizó en un
cromatógrafo de líquidos HPLC con detectores de UV-Vis e índice de refracción. Se
observó que la temperatura de reacción es un factor influyente en la conversión de la
glucosa pues se obtuvo una conversión total a las siete horas de reacción a 473K. Para el
caso del rendimiento de HMF (72% para el sólido de 3% de lantano) este también se ve
favorecido con el incremento de la temperatura, sin embargo este proceso genera un
incremento en la formación de compuestos indeseables como lo son las huminas y el
ácido levulínico en especial para el caso del catalizador al que se le soporto un 1% de
lantano.
Palabras clave: Biomasa; Glucosa; HMF; catalizadores heterogéneos
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Colciencias por el apoyo financiero a través del contrato 047
Colciencias -UPTC.
Tabla de contenido
199
Producción sostenible de biodiesel a partir de ácido esteárico
empleando un nuevo catalizador heteropoliácido de Preyssler
Cristian Torres
a, Jesus Coral
b, Manuel Figueredo
c, Gustavo Romanelli
d, Martha Cobo
e*.
a,b, c, e Universidad de La Sabana, Chía, Colombia.
d Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires, Argentina.
Email: [email protected],
Resumen
En vista de la alta dependencia del petróleo y la necesidad de innovar en los métodos
convencionales de producción de biocombustibles, se ha propuesto un nuevo método
para la producción de biodiesel a partir de ácido esteárico y etanol empleando un nuevo
catalizador heteropoliácido de Preyssler. Teniendo en cuenta que los métodos
convencionales de producción de biodiesel emplean catalizadores alcalinos (NaOH y
KOH) para la transesterificación de aceites, se han reportado bajos rendimientos de esta
ruta de síntesis debido a la presencia de ácidos grasos y humedad, los cuales neutralizan
los catalizadores y generan reacciones secundarias indeseables. Si se extrae ácido
esteárico de aceites vegetales como el aceite de Jatropha y si se emplea bioetanol como
materia prima se propondría una ruta de síntesis alternativa para lograr una producción
más sostenible de biodiesel.
Por lo tanto, se propuso una ruta de síntesis empleando un nuevo catalizador
heteropoliácido de Preyssler soportado en silica gel que permite llevar a cabo la
esterificación de ácido esteárico en fase heterogénea. Esta tecnología favorece la
separación de los componentes, elimina el uso de solventes orgánicos peligrosos para el
ambiente y permite la recuperación de catalizador. Por lo tanto, para diseñar un proceso
de producción de biodiesel se realizó un análisis termodinámico de la esterificación para
determinar las condiciones adecuadas de experimentación por medio de un diseño
experimental donde se varió la temperatura (56.27, 60, 69 y 78°C) y la relación de
alimentación acido/etanol (1:8, 1:9, 1:11, 1:12 y 1:13). El análisis se realizó utilizando el
Software Aspen Plus. Se obtuvo una superficie de respuesta de la conversión en función
de estos factores y se optó por seleccionar una temperatura de 78°C y una relación
acido/etanol de 1:11 para obtener una conversión máxima en el equilibrio del 91.15%.
Seguidamente, se realizó un diseño de experimentos con la relación acido/etanol
seleccionada para determinar una pseudocinética de la reacción catalítica y un análisis de
Arrhenius variando la temperatura en diferentes niveles (78, 75 y 70°C). Se especif icaron
las constantes de reacción, las energías de activación (69.17 kJ/mol y 5.01 kJ/mol) y los
200
factores de colisión para la reacción directa e inversa y se determinaron los perfiles de
concentración de las especies reactantes.
Mediante un análisis estadístico se obtuvieron coeficientes de determinación superiores a
0.95 para los perfiles de concentración en función de la temperatura con una
concentración de catalizador de 2.30 mg/ml. Se obtuvo una conversión experimental de
70% de ácido esteárico en 20 h de reacción con las condiciones seleccionadas
previamente, puesto que la velocidad de la reacción directa es superior a la de la reacción
inversa en el rango de temperatura estudiado debido a los factores de colisión obtenidos.
Finalmente, se puede concluir que esta nueva ruta de síntesis es promisoria puesto que
presenta conversiones altas, facilita la separación de los componentes y podría ser
escalada. Actualmente se está realizando el diseño del proceso en Aspen Plus.
Palabras clave: Ácido esteárico; Biodiesel; Catalizador heteropoliácido;
esterificación.
Tabla de contenido
201
Propiedades fotoelectrocatalíticas de películas sol-gel de TiO2
dopadas con boro/óxido de grafeno depositadas en Ti para la
oxidación de glicerol
Federico J. Mancilla
a, Silvia F. Rojas
a, Andrés F. Gualdron
a, Martha E. Niñoa
a*.
a Centro de Investigaciones en Catálisis - CICAT,
bCentro de Materiales y Nanociencias (CMN),
Universidad Industrial de Santander, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander), Colombia, C.P.
681011.
Email: [email protected], [email protected], [email protected],
Resumen
Las películas de TiO2 dopadas con boro/óxido de grafeno fueron preparadas por el
método sol-gel y depositadas sobre sustratos de Ti con una, dos y tres capas mediante la
técnica dip-coating. La superficie de las películas fue caracterizada por Microscopia
Electrónica de Barrido de Emisión de Campo, Difracción de Rayos X con Incidencia
Rasante y Espectroscopia Raman, mientras que sus propiedades fotoelectrocatalíticas
fueron estudiadas mediante mediciones de voltamperometría bajo luz visible. Las
micrografías presentan una superficie fracturada como resultado del incremento de la
presión capilar en las películas durante el secado. Al aumentar el número de capas se
incrementa la cantidad de fracturas. Los patrones de difracción y los espectros Raman
muestran que la fase anatasa fue obtenida en las películas durante el tratamiento térmico
a 450°C. La película de TiO2 dopada con boro/óxido de grafeno empleada como
fotoánodo genera una mayor fotocorriente que la película de TiO2 y TiO2 dopada con boro.
Esto se debe a que el boro extiende la respuesta espectral del semiconductor hacia la
región visible, fotogenerando más electrones para ser transportados hacia el circuito
externo de la celda mediado por el óxido de grafeno. En presencia de glicerol, la
fotocorriente obtenida por la película de TiO2 dopada con boro/óxido de grafeno es
incrementada debido a la inyección de electrones por medio de la oxidación del
compuesto orgánico en la interface película/solución electrolítica.
Palabras clave: película de TiO2 dopada con boro/óxido de grafeno, transporte de
electrones, fotocorriente, luz visible.
Tabla de contenido
202
Pt Nanoparticle/Graphene Oxide Modified Screen-Printed Electrodes for
Amperometric Detection of H2O2
Marcela Ayala-Toroa, Oscar Loaiza
b*, John E. Ortiz-Restrepo
c, Julián Diel Urresta
d, William H.
Lizcano-Valbuenae.
Universidad del Valle, Cali, Colombia A.A 25360
Email: [email protected],
Abstract
Nanostructuring electrode surface represents an effective way to increase sensitivity and
selectivity in electrochemical sensors. In particular, carbon nanostructures, i.e. graphene,
promote electron transfer reactions at low overpotentials, which has motivated extensive
coupling of these nanomaterials with enzymes in biosensors. Modification of graphene
with Pt nanoparticles enables further lowering of the overpotential for amperometric
detection of H2O2, the enzymatic by-product of oxidase-based biosensors and hence of
great relevance. Pt nanoparticle deposition on Carbon Nanotubes/Carbon Nanofibers
/Graphen Oxide-modified electrodes is normally conducted by electrochemical methods,
which leads to large particles and broad size distributions and cannot be regarded as a
fast and large-scale preparation method.
Figure 1. (A) Amperometric signals at different potentials obtained for PtNPs/GO–SPCEs. 1 mM H2O2 in 0.1 M
PB, pH = 7.0. (◄) 0 μg PtNPs/GO; (■) 4 μg PtNPs/GO; () 8 μg PtNPs/GO (▲) 12 μg PtNPs/GCNF (►) 16 μg
PtNPs/GO (♦) 20 μg PtNPs/GO. (B) Cyclic voltammetry for ( ____
) bare SPCE (0.1 M PB, pH = 7.0) (- - - -)
bare SPCE (1 mM H2O2 in 0.1 M PB, pH = 7.0). (____
) PtNPs/GO–SPCE (0.1 M PB, pH = 7.0) (- - - -)
PtNPs/GO–SPCE(1 mM H2O2 in 0.1 M PB, pH = 7.0
203
Here we will show the excellent sensing properties of nanostructured homemade screen-
printed electrodes prepared by drop casting solutions of graphene oxide decorated with
well-dispersed ultra-small Pt nanoparticles featuring very narrow size distribution (2-3 nm).
The Pt/Graphene Oxide composites are prepared by chemical reduction of the Pt
precursor via polyol method. The analytical features for H2O2 detection of GrapheneOxide-
modified Screen-Printed Electrodes with Pt nanoparticles deposited by electrochemical
and chemical routes (with same Pt loading per sensor) have been compared. Results
obtained show that Pt utilization in the composites prepared by the chemical route is much
higher, leading to considerably higher sensitivity at a low detection potential (+0.3 V vs
Ag/AgCl pseudoreference electrode, than the electrochemically prepared ones. The good
electroanalytical properties of these Pt/Graphene Oxide composites combined with the
intrinsic advantages of Screen-Printed Electrodes technology represent a promising
alternative towards the development of a straightforward, reproducible and large-scale
production method of oxidase-based biosensors.
Key Words: Screen-Printed Electrodes; Platinum Nanoparticle/Graphene Oxide;
Amperometric; Biosensors.
Tabla de contenido
204
Reactividad del dibenzotiofeno sobre catalizadores Pd-Pt/Al2O3-
SiO2: más allá de la hidrodesulfuración
Sergio A. Rincón
a, Oscar H. Ojeda
b, Sonia A. Giraldo
c, Víctor G. Baldovino Medrano
d*.
Centro de Investigaciones en Catálisis (CICAT), Escuela de Ingeniería Química, Universidad
Industrial de Santander (UIS), Bucaramanga, Colombia, C.P. 680011.
Email: [email protected],
Resumen
La eliminación del azufre contenido en moléculas refractarias a la hidrodesulfuración
presentes en el diésel sigue siendo objeto de investigación. Se ha estudiado la reactividad
de compuestos refractarios del tipo dibenzotiofeno sobre catalizadores basados en
nanopartículas metálicas Pd-Pt bajo condiciones que favorecen la eliminación; directa o
mediada por hidrogenación, del heteroátomo de azufre de los dibenzotiofenos. De otra
parte, investigadores han reportado que óxidos ácidos (zeolitas) como soportes de
nanopartículas Pd-Pt puede llevar a reacciones de craqueo del dibenzotiofeno. Sin
embargo, a nuestro saber, no se ha realizado un estudio sistemático sobre la reactividad
del dibenzotiofeno sobre nanopartículas Pd-Pt soportadas en óxidos de acidez variable.
En este trabajo se demuestra que la acidez del soporte de nanopartículas Pd-Pt controla
de manera fuerte la reactividad del dibenzotiofeno llegando a promover un craqueo total
de los productos de reacción durante la hidrodesulfuración.
La metodología empleada consistió en sintetizar una familia de catalizadores Pd-Pt
soportados en aluminosilicatos de relaciones molares Si/(Si+Al): 0; 0,1; 0,5; 0,9 y 1, y
evaluarlos en la hidrodesulfuración de dibenzotiofeno en un reactor continuo de lecho fijo
variando la temperatura entre 310 - 396°C bajo una presión de H2 de 5 MPa. Los
resultados de las pruebas arriba mencionadas mostraron cómo se puede controlar la
selectividad en la reacción de hidrodesulfuración a partir de la relación Si/(Si+Al) del
soporte. Los resultados presentados en la Figura 1 ilustran claramente este fenómeno. En
particular, la Figura 1 ilustra cómo aquellos catalizadores soportados en los
aluminosilicatos de mayor contenido de silicio: Si/(Si+Al) = 0.5 y 0.9, i.e. de mayor acidez;
promueven el craqueo del dibenzotiofeno (representado en la Figura por la pérdida en el
balance de carbono de la reacción) a medida que aumenta su actividad catalítica
(representada allí por la constante global de velocidad de reacción –kHDS–). Esta
tendencia se corroboró a través de una caracterización por GC-MS de los productos de
reacción que condujo al establecimiento de un nuevo esquema de reacción para la
hidrodesulfuración de dibenzotiofeno.
205
Fig. 1 Craqueo de dibenzotiofeno, expresado como porcentaje de pérdida en el balance de
carbono, en función de la constante global de velocidad, kHDS, para catalizadores Pd-Pt soportados
en Si/Si+Al=0 [♦], Si/Si+Al=0,1 [■ ], Si/Si+Al=0,5[●], Si/Si+Al=0,9 [▲ ] y Si/Si+Al=1,0 [x].
La caracterización fisicoquímica de los catalizadores, realizada mediante pruebas de
fisisorción de nitrógeno –para análisis texturales–, distribución de afinidad protónica –para
acidez– y difracción de rayos-X –para estructura cristalina–, mostró que las tendencias
observadas en la reacción de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno están ligadas a
cambios estructurales en los aluminosilicatos preparados que también son función de la
relación Si/(Si+Al) de los catalizadores.
Palabras clave: hidrodesulfuración; dibenzotiofeno; aluminosilicatos; craqueo;
acidez.
Tabla de contenido
206
Sensibilización de nanotubos de TiO2 con Bi2O3 para la oxidación
fotoelectrocatalítica de glicerol bajo luz visible
Diego F. Rivera
a, Lina J. Hoyos
a, Andrés F. Gualdron
a, Jose L. Ropero
a, Martha E. Niño
a,b*
a Centro de Investigaciones en Catálisis - CICAT,
b Centro de Materiales y Nanociencias (CMN),
Universidad Industrial de Santander, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander), Colombia,C.P.
681011.
Email: [email protected],
[email protected], [email protected].
Resumen
Nanotubos de TiO2 fueron sensibilizados con un sol de bismuto. Los nanotubos de TiO2
fueron sintetizados por anodización electroquímica. Los materiales fueron caracterizados
por Microscopia Electrónica de Barrido, Difracción de Rayos X con Incidencia Rasante,
Espectroscopia Raman y medidas de voltamperometría. Los resultados de microscopía
muestran que se obtuvieron nanotubos con una longitud y un diámetro promedio de 2 μm
and 100 nm, respectivamente. Los patrones de difracción de rayos X evidencian la
presencia de la fase anatasa en los nanotubos. La presencia de la fase β del Bi2O3 fue
verificada por espectroscopia Raman. Los nanotubos fueron sensibilizados con 1, 2, 3 y 4
capas de un sol diluido de bismuto y con tres capas de un sol concentrado de bismuto. En
la película con 3 capas de sol diluido de bismuto se observó la mayor fotocorriente. Este
comportamiento es debido a que el Bi2O3 extiende la absorción de luz visible ya que
promueve la inyección de electrones. De esta forma se incrementa el flujo de electrones
en la celda. Un exceso del sensibilizador promueve el incremento de centros de
recombinación en los nanotubos, disminuyendo la eficiencia del transporte electrónico.
Por otra parte, el material exhibió una alta actividad durante la oxidación de soluciones
acuosas de glicerol 1 M bajo irradiación con luz visible, observándose una mayor
velocidad de oxidación que en nanotubos sin sensibilizar.
Palabras clave: nanotubos de TiO2, sensibilizador, Bi2O3, fotoelectrocatálisis,
transporte de electrones, fotocorriente, glicerol.
Tabla de contenido
207
Síntesis de 2-arilpiridina mediante la reacción de Hantzsch
utilizando una ftalocianina sulfonada de cobre
Laura M. Sáncheza, Ángel G. Sathicq
b, Gustavo P. Romanelli
c, Lina M. González
d*, Aida L.
Villae
a,b,c Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA),
CCT-La Plata-CONICET, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad
Nacional de La Plata, La Plata, Argentina, B1900AJK. d,e
Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería,
Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Los compuestos basados en 2-arilpiridinas se utilizan como intermedios en la síntesis de
compuestos farmacéuticos y como materiales funcionales en la química supramolecular y
de coordinación. El método más común para la síntesis de 2-arilpiridinas está basado en
la reacción de acoplamiento de 2-metalopiridina con un haluro de arilo; sin embargo, las
2-metalopiridinas suelen ser inestables y tienen una baja compatibilidad con sus
sustituyentes. Adicionalmente, los métodos para la síntesis de 2-arilpiridinas basados en
el uso de N-óxido de piridina o en la activación de los enlaces C-H de la piridina,
presentan en general bajos rendimientos y eficiencias.
Se reportó recientemente la producción de 2-arilpiridinas mediante la reacción de
Hantzsch, la cual es una reacción multicomponente de economía atómica alta, en la que
tres reactivos se incorporan en un único producto final con agua como subproducto de
reacción. Los dos intermediarios formados sufren adición de Michael 1,2 ó 1,4
dependiendo de las condiciones de reacción, y generan respectivamente 1,4-
dihidropiridinas ó 2-arilpiridinas, dependiendo de la temperatura y de la naturaleza del
catalizador.
En este trabajo se presenta el uso de una ftalocianina de cobre sulfonada soportada en
silica amorfa (CuPcS-SiO2) como catalizador con una concentración de 0.2 mmol %, en la
reacción de Hantzsch para la síntesis de 2-arilpiridina sin solvente a temperatura y presión
ambiente, partiendo de benzaldehído (1) (1 mmol), acetoacetato de etilo (2) (2 mmol) y
acetato de amonio (3) (1,2 mmol). Los principales productos de reacción identificados por
cromatografía gaseosa, Figura 1, fueron un compuesto intermedio no identificado (4) que
probablemente es debido a la ciclación, 2-arildihidropiridina (5), 2-arilpiridina (6) y 1,4-
dihidropiridina (7).
208
Figura 1. Reacción de Hantzsch con el catalizador CuPcS-SiO2
Se encontró que bajo las condiciones de reacción, es posible lograr una conversión del
100 % y que la distribución de los productos varió de 4 a 24 h. La selectividad hacia el
compuesto 4 disminuyó de 47 a 7 %, a 24 h de reacción no se detectó el compuesto 3
que había mostrado una selectividad del 24 % a 4 h de reacción; la selectividad de 1 se
mantuvo constante en 7 % y la selectividad al producto deseado, 2, aumentó de 22 a 85
%.
Estos resultados sugieren que el catalizador CuPcS-SiO2 es un material bi-funcional ya
que en la reacción de Hantzsch requiere características ácidas para la formación de 3, y
características redox para lograr la deshidrogenación (oxidación) en presencia de aire y
formar así el compuesto 2.
Palabras clave: 2-arilpiridina; reacción de Hantzsch; ftalocianina de cobre.
Tabla de contenido
1 2 3
4 5 6
7
209
Síntesis de AlPOs y SAPOs y su evaluación catalítica en
oligomerización de propileno
Jorge Ruiz Llanoa, Camilo Arroyave
b, Johana Arboleda
c, Adriana Echavarría Isaza
d.
a,b,c,d Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín,
Colombia
Email: [email protected],
Resumen
Los AlPO-5 y AlPO-11 son mallas moleculares pertenecientes al grupo de aluminofosfatos
(AlPOs). Otras mallas moleculares como SAPO-5 y SAPO-11 son estructuras cristalinas
similares a la de AlPO-5 y AlPO-11, pertenecientes al grupo de los silico-aluminofosfatos
(SAPOs). En los SAPOs se han encontrado interesantes propiedades catalíticas para
transformación de hidrocarburos. El SAPO-5 por ejemplo, presenta gran interés en la
catálisis heterogénea por su tamaño de poro grande y por su estructura. En el presente
trabajo se sintetizaron AlPO-5, AlPO-11, SAPO-5 y SAPO-11, modificando sus
propiedades catalíticas por impregnación con cromo y níquel. Estos catalizadores fueron
probados en la reacción de oligomerización de propileno con miras a desarrollar
alternativas de producción de combustibles amigables con el ambiente.
Las mallas moleculares se sintetizaron vía hidrotérmica, sometiendo los geles obtenidos
en cada procedimiento a temperaturas entre 90°C y 200°C durante un tiempo
determinado. Los productos fueron recuperados por filtración al vacío y secados a 100 °C.
La composición de los catalizadores fue modificada por impregnación con Ni+2 y Cr+3 al 3
y 5% en peso del metal, a partir de nitratos hidratados. Los catalizadores fueron
caracterizados por difracción de rayos X, análisis térmico diferencial y análisis
termogravimétrico, espectroscopía de absorción atómica, desorción a temperatura
programada y microscopía electrónica de barrido. Los ensayos catalíticos se llevaron a
cabo en un reactor de lecho fluidizado con 1 g de catalizador, flujo de propileno de 30
mL/min, temperatura de 270°C y 26 bar de presión manométrica. La cuantificación de los
productos de reacción se realizó por cromatografía de gases con un detector FID y una
columna DB1.
210
Figura 2. DRX catalizadores sintetizados. a) AlPO-5, b) SAPO-5, c) AlPO-11 y d) SAPO-11.
Los patrones de difracción (Figura 1) fueron comparados con los datos reportados en
Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, revelando la presencia de la
estructura AFI en AlPO-5/SAPO-5 y AEL en AlPO-11/SAPO-11 sin la evidencia de otras
fases cristalinas. Los datos arrojados para la actividad catalítica (Tabla 1) revelan que en
los materiales sin modificaciones, el SAPO-5 presentó una mayor conversión que los
aluminofosfatos AlPO-5 y AlPO-11. La actividad catalítica del SAPO se puede atribuir a la
sustitución isomórfica de Si por P que le confiere a la estructura una carga neta negativa
con cationes intercambiables y por consiguiente sitios ácidos Brönsted que favorecen el
curso de la reacción. No obstante las selectividades presentadas por estos materiales
difieren considerablemente: para el SAPO-5 y AlPO-11 se favoreció la producción de
dímeros (C5-C7), mientras que para el AlPO-5 se favoreció la producción de tetrámeros
(C12+), características asociadas a la diferencia en el tamaño de poro de ambos
materiales. Adicionalmente, los catalizadores modificados con Ni+2 y Cr+3 mejoraron su
actividad catalítica, hecho que puede ser atribuido al carácter bifuncional asociado a estos
Tabla 1. Conversión de propileno y selectividad
Catalizador Impr.
(%) Máx. Conversión (%)
Fracción de oligómero (%)
C5-C7 C8-C12 C12+
AlPO-11 - 3.01 1.68 0.45 0.88
Cr/AlPO-11 3 8.31 6.79 1.03 0.32
5 7.68 5.93 1.06 0.57
Ni/AlPO-11 3 4.79 3.57 0.03 0.96
5 6.01 3.01 0.03 2.71
AlPO-5 - 5.67 1.46 0.52 3.23
Cr/AlPO-5 3 23.72 4.22 6.69 11.39
5 18.16 3.50 4.69 8.97
Ni/AlPO-5 3 14.08 2.07 3.13 8.53
5 4.85 1.32 0.91 2.27
SAPO-5 - 15.00 7.96 3.00 2.00
Cr/SAPO-5 3 6.71 4.35 1.28 0.15
5 8.30 2.89 1.40 2.01
Ni/SAPO-5 3 9.52 6.62 2.07 0.08
5 9.60 6.98 1.78 0.06
b
a
d
c
211
metales y que le confieren a los materiales una mayor fuerza acida e introducción de
centros de coordinación que el mecanismo de la reacción ayuda a la formación de
carbocationes.
Palabras clave: oligomerización; propileno; malla molecular; aluminofosfato.
Tabla de contenido
212
Síntesis de óxidos de cerio dopados con praseodimio por el
método de polimerización-combustión para aplicaciones
anódicas en pilas de combustible de óxido solido
Andrés Felipe Cruz Pachecoa*, Jairo Alberto Gómez Cuaspud
a.
a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia, Av. Central del Norte 39-
115.
Email: a*
[email protected], [email protected]
Resumen
Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de seis óxidos basados en el sistema
Ce1-xPrXO2 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0,8 y 1.0), mediante el método de polimerización-
combustión con ácido cítrico, con el propósito de obtener materiales con aplicaciones
como componentes electródicos en pilas de combustible de óxido sólido. Inicialmente los
precursores sólidos se caracterizaron por espectroscopia infrarroja (FTIR) y análisis
térmico (TGA-DTA), permitiendo determinar la formación de especies tipo citrato como
complejos de coordinación y la temperatura ideal de tratamiento térmico para la
consolidación de la fase cristalina buscada. Los análisis de difracción de rayos X (DRX) y
de microscopia electrónica de transmisión (TEM), realizados sobre las muestras ya
calcinadas proporcionaron información acerca de la formación de una fase fluorita
prevalente con morfología y propiedades superficiales, consistentes con una serie de
agregados nanométricos (42 nm) con forma regular, orientados en el plano (111), con
distancias interplanares de 0,31 nm para la principal línea de difracción. Estos resultados
indican la efectividad del método de síntesis, en el cual el efecto del ácido cítrico es
crucial en el establecimiento de los compuestos de coordinación que favorecen el
desarrollo de materiales altamente homogéneos con propiedades mejoradas para
numerosas aplicaciones, ya que implica la preservación de características superficiales de
gran importancia en el desarrollo de procesos catalíticos relacionados con la obtención de
hidrogeno, para una potencial aplicación como electrocatalizadores anódicos en las pilas
de combustible de óxido sólido.
Palabras clave: Fluoritas; Óxidos de cerio; Pilas de combustible; Polimerización-
combustión.
Tabla de contenido
213
Síntesis de Zeolita A y X a partir de cenizas volantes para su uso
en la remoción de cromo.
Juan Camilo Arroyave, Paula Bedoya, Johana Arboleda, Adriana Echavarria, Dora Hoyos
Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín, Colombia
Email: [email protected], [email protected]
Resumen
En el presente trabajo, se sintetizaron mallas moleculares tipo A y/o X a partir de cenizas
volantes. El objetivo consistió en darle un uso adecuado a un material que surge como
subproducto de equipos de proceso tales como ciclones, intercambiadores de calor, entre
otros. En este sentido, se habla de la reutilización de un residuo sólido que presenta una
composición química alta en sílice y alúmina, lo cual le confiere la posibilidad de tener un
uso potencial en la síntesis de zeolitas. El uso de zeolitas es amplio en el ámbito de
procesos químicos debido a sus características fisicoquímicas como el tamaño de
partícula, porosidad, y capacidad de intercambio iónico que las hace adecuadas como
adsorbentes y catalizadores. La síntesis de zeolitas se ha desarrollado
convencionalmente por cristalización hidrotérmica, sin embargo, la implementación de
etapas anteriores y/o posteriores como la fusión alcalina ha mejorado ostensiblemente el
rendimiento de la reacción.
En la etapa de fusión alcalina la mezcla ceniza/agente mineralizante (NaOH) se realizó en
relación (1/1.2 en peso). La mezcla se calcinó en cápsula de platino a 700 °C durante tres
horas a una velocidad de 5 °C/minuto. Posterior a ello, la mezcla resultante se mezcló con
agua en una proporción ceniza calcinada/agua: 0.2046 g/ml. Dicha mezcla se dejó en
agitación continua por 24 horas, luego del cual el gel resultante se cristaliza en reactor
batch a una temperatura de 100 ºC por tiempos de 7 y 24 horas. Los materiales
caracterizados por difracción de rayos X se calcularon porcentualmente mediante un
refinamiento cuantitativo realizado con el programa High Score Plus, como se muestra en
la Figura 1. Los resultados revelan que se logró sintetizar satisfactoriamente zeolita A y/o
X, a partir de cenizas volantes con trazas de zeolita TMA, cuarzo, sodalita, mulita entre
otras.
214
Figura 1. Difractogramas con cuantificación porcentual para zeolitas a partir de CMTI,
CBTI y CMA
Posteriormente, centramos la atención en la remoción de cromo de soluciones mediante
el uso de estos materiales. Los intercambios iónicos fueron realizados bajo agitación
continua a partir de distintas cantidades del material con soluciones de 42, 88 y 130 ppm
de Cr(III) a diferentes tiempos de exposición. Los análisis de cromo se determinaron por
espectroscopia de absorción atómica. Los datos obtenidos de la capacidad de remoción
Cr (III) de estas zeolitas revelan que a medida que se aumenta la cantidad de material y el
tiempo de contacto su capacidad de absorción aumenta. Algunos datos experimentales a
un tiempo de 20 min son mostrados en la figura 2. Finalmente, los datos experimentales
fueron ajustados a los modelos isotérmicos de Langmuir y Freundlich.
Figura 2. Efecto del contenido de zeolita en la remoción de Cr(III).
Palabras claves: cenizas volantes, fusión alcalina, zeolita A y/o X, remoción Cr(III)
Tabla de contenido
0
10
20
30
40
50
0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005
pp
m (
Cr)
mg zeolita/ml solucion Cr 88 ppm
CBTI
CMTI
CMA
JMn
CCTR
CHI E1
CHI
ETR
215
Síntesis de zeolita ZSM-5 a partir de cenizas residuales de
industrias minera y manufacturera.
Juan Camilo Arroyave, Andrés Julián Acevedo, Johana Arboleda, Adriana Echavarría, Dora
Hoyos
Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín, Colombia
Email: [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected].
Resumen
Hoy en día se han creado un sin número de leyes y normas en pro del cuidado del medio
ambiente en el que coexistimos ya que muchas industrias de procesos químicos son
potencialmente contaminantes y están afectando el bienestar común de las personas;
estos hechos han obligado a que los procesos de producción de las empresas sean
modificados y hagan un ajuste en los estándares de investigación de manera que puedan
ser de nuevo circunscritos dentro de dichos estatutos. Uno de los ejes principales bajo las
cuales las industrias han empezado a modificar sus procesos, es el uso de catalizadores
ambientalmente amigables como las zeolitas. Este tipo de materiales poseen propiedades
tales como alta estabilidad térmica, capacidad de adsorción y selectividad de forma con
diversas aplicaciones como intercambiadores iónicos yen catálisis. En este trabajo se
presenta un método de síntesis de zeolita ZSM-5 ambiental y económicamente amigable
desde el punto de vista de la reutilización de cenizas que actualmente son
desaprovechadas por las industrias mineras y manufactureras.
El desarrollo experimental del presente trabajo fue realizado con 9 cenizas diferentes,
ricas en alúmina (Al2O3) y sílica (SiO2), que fueron enviadas por distintas industria en el
valle de aburrá. Las cenizas antes de someterlas al proceso de síntesis fueron calcinadas
en base alcalina en relación en peso ceniza/NaOH=1/1.2. La síntesis se realizó mediante
proceso hidrotermal y cristalización en un reactor autoclave de acero inoxidable con
recubrimiento interno de teflón por 24 horas. Los materiales fueron caracterizados por
difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, microscopia electrónica de barrido, área
superficial y análisis térmico.
216
Tabla 1. Análisis químico cenizas residuales de industria minera y manufacturera
%COMPUESTO ETR EA CCTR JMn CMA CHI CMTI CBTI CTBI
Al2O3 27.38 31.48 20.97 15.01 21.63 33.68 31.2 33.84 33.61
SiO2 35.34 46.72 25.47 46.73 27.16 44.41 45.52 43.41 45.22
Óxidos
Metálicos 13.80 13.41 18.27 33.08 17.57 19.89 21.56 20.70 18.60
Se logró sintetizar satisfactoriamente la zeolita ZSM-5 con una relación Si/Al=10, a partir
de distintos residuos industriales. Los patrones de difracción (Figura 1) fueron
comparados con los datos reportados en 00-043-0322 de la base de datos PDF-4,
revelando la presencia de la estructura MFI sin la evidencia de otras fases cristalinas. Más
aun la línea base de los difractogramas fue recta, lo que implica la ausencia de fases
amorfas. Es evidente de los patrones de difracción de rayos X que el porcentaje de
cristalinidad disminuye progresivamente al encontrar una mayor cantidad de metales y/o
menor relación Si/Al en la cenizas, como se muestra en la tabla 1.
Figura 1. Difracción de rayos X para la ZSM-5 realizadas a partir de cenizas residuales.
Palabras clave: Síntesis; Zeolita; ZSM-5; Desechos industriales.
Tabla de contenido
217
Síntesis directa de dióxido de titanio dopado con hierro (III) a
partir de un mineral natural
Juan A. Torres-Luna
a*, José G. Carriazo
a.
a Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA), Departamento de Química, Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional de Colombia, Carrera 30 # 45-03, Bogotá, Colombia.
Email: a*
[email protected], [email protected]
Resumen
Una de las técnicas de oxidación avanzada más aceptadas a nivel mundial para la
descontaminación de aguas residuales es la oxidación fotocatalítica usando especies de
dióxido de titanio (TiO2). Este semiconductor es ampliamente usado porque es
químicamente estable, permite la degradación de una amplia variedad de compuestos
orgánicos recalcitrantes tanto en fase gaseosa como acuosa, donde además es activo a
valores de pH ácidos y alcalinos. Sin embargo, para lograr que el TiO2 presente actividad,
debe ser irradiado con longitud de onda UV, ya que presenta una brecha de energía o
band gap (Eg) de 3,2 eV. Debido al auge del aprovechamiento de la luz solar, se han
realizado esfuerzos para lograr que el TiO2 sea activado con luz visible y hacer el proceso
de la fotocatálisis más económico, energéticamente. Uno de los métodos que se han
usado como estrategia, es introducir iones Fe3+ en la matriz del semiconductor. Este ion
se considera un candidato adecuado como dopante, porque: (i) el radio iónico de Fe3+
(0,78 Å) es muy similar al de Ti4+ (0,74 Å), y como resultado, el Fe3+ puede incorporarse
fácilmente en la matriz del TiO2; (ii) su configuración d5 es estable y (iii) además, el Fe3+
actúa como trampa de las cargas fotogeneradas (electrones) e inhibe la recombinación
del par electrón-hueco, conduciendo a una mayor fotoactividad. Desde el punto de vista
de la síntesis de este tipo de material, existen varias metodologías ampliamente descritas
en la literatura, como por ejemplo: el método sol-gel y el método solvotérmico, entre otros.
Sin embargo, los precursores siempre son reactivos grado analítico y difíciles de
manipular en el laboratorio, como es el caso de los alcóxidos de titanio o incluso el TiCl4.
Por tal razón, en el presente trabajó se realizó la síntesis de TiO2 dopado con Fe3+ usando
como único precursor de los dos iones metálicos (Fe3+ y Ti4+) el mineral ilmenita (FeTiO3),
como una alternativa más económica para la preparación de dicho material. Los sólidos
fueron obtenidos por medio del proceso del sulfato, usando temperaturas y
concentraciones de ácido sulfúrico (H2SO4) inferiores a las condiciones originales del
método, así como la adición de NaOH (1 M) hasta alcanzar un pH de 1,2 y posterior
reflujo por una hora. El análisis por fluorescencia de rayos X confirmó la presencia de
hierro y titanio en los sólidos sintetizados. El contenido de hierro se vio influenciado por
las condiciones de síntesis (temperatura y concentración de H2SO4). Por difracción de
rayos X sólo se observó las señales atribuidas a la fase anatasa; los perfiles mostraron
218
señales anchas y de baja intensidad, similares a las encontradas por otros autores,
quienes atribuyen este comportamiento a la incorporación de Fe3+ dentro de la red
cristalina del TiO2. Por otro lado, los sólidos pueden ser clasificados como sólidos
mesoporosos (radio promedio de poro 3,4 nm) con alta área superficial {192 m2/g (0,35 %
molar de Fe) y 213 m2/g (10,0 % molar de Fe)}, la cual aumenta ligeramente al aumentar
la concentración de Fe3+. Un comportamiento contrario mostró el band gap (Eg) de estos
sólidos. Según lo hallado mediante espectroscopía ultravioleta-visible, en modo de
reflectancia difusa y empleando la ecuación de Tauc, Eg disminuye al aumentar el
porcentaje molar de Fe3+ {2,85 eV (0,35 %Fe) y 2,30 eV (10,0 %Fe)}, indicando que los
nuevos materiales pueden ser excitados con luz visible. De acuerdo a las características
de cada uno de los sólidos, determinadas con las diferentes técnicas de análisis y su
correlación con lo encontrado en literatura, se puede establecer que el mineral ilmenita es
un precursor promisorio para la síntesis exitosa de dióxido de titanio dopado con hierro
(Fe3+) bajo condiciones moderadas, permitiendo obtener sólidos mesoporosos con alta
área superficial que pueden ser excitados bajo radicación solar.
Palabras clave: Dióxido de titanio dopado con hierro; Band gap; Mineral ilmenita.
Tabla de contenido
219
Síntesis y caracterización de carburos a base del
heteropolioxonión tipo anderson (NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O
soportados sobre alúmina para la hidrodesulfuración de tiofeno
Javier José Julio Julioa*, Esneyder Puello Polo
a, Ana Galan
b, Joaquín Brito
c.
a,b Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Universidad del
Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla-Colombia. c Laboratorio de Fisicoquímica de Superficies. Centro de Química, IVIC. Apto 21827. Caracas,
Venezuela
Email: a*
[email protected], [email protected],
Resumen
Se sintetizaron carburos metálicos a partir de heteropolioxometalatos tipo Anderson
(NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O soportados sobre γ-Al3O2, utilizando el método de reacción
a temperatura programada. Éstos se sometieron a evaluación catalítica de
hidrodesulfuración (HDS) del tiofeno a 400° C. Los precursores oxídicos y carburados se
caracterizaron por área específica (B.E.T), difracción de rayos X (DRX), espectroscopía
infrarroja (FT-IR) y análisis de azufre CHON-S. Las áreas específicas estuvieron dentro de
109-35 m2/g (ver tabla 1), mientras que el análisis por DRX mostró la presencia de fases
carburadas tales como Mo2C, W2C, WC y NiC (ver figura 1) a excepción del NiMo6-C/Al.
Los análisis FT-IR determinaron la obtención de la estructura tipo Anderson, debido a las
distintas flexiones y estiramientos de los grupos funcionales presentes. El precursor
NiMo6-O/Al fue el más activo en la HDS, con un porcentaje de conversión de 72,75% (ver
figura 2) e incluso fue más activo que el catalizador comercial AERO (NiMoP/Al). El
proceso de sulfuración no fue suficiente para aumentar la actividad catalítica de los
carburos. Los resultados de HDS revelaron que la actividad catalítica en HDS se
incrementa en el orden: NiMo6-O/Al > NiMo6-C/Al > AERO > NiMo3W3-O/Al > NiMo3W3-
C/Al > NiW6-C/Al > NiW6–O/Al.
220
Tabla 1. Medidas texturales de los precursores oxídicos y carburados (NH4)4[NiMo6-
XWXO24H6] •5H2O (x= 0; 3; 6)
Material ÁS
(m2/g)
VP
(cm3/g)
rp-
BJH
(nm)
Al2O3 109 0,34 9,6
NiMo6-O/ Al 61 0,18 8,9
NiW6-O/ Al 55 0,14 8,9
NiMo3W3-
O/Al
35 0,11 9,3
NiMo6-C/ Al 73 0,24 11,2
NiW6-C/ Al 60 0,20 11,2
NiMo3W3-
C/Al
42 0,13 10,8
Figura 1. Patrones de difracción de rayos X de los precursores carburados soportados
sobre alúmina:(a) γ-Al203, (b) NiMo6-C/Al, (c) NiW6-C/Al, (d) NiMo3W3-C/Al. (●)Al2O3, (■ )
W2C, (▲ ) Mo2C, (Δ) NiC y WC (○)
221
Figura 2. % Conversión HDS de tiofeno de los catalizadores (■) NiMo6-O/Al; (♦) AERO;
(▲) NiMo6-C/Al
Palabras Claves: heteropolioxometalatos tipo Anderson; hidrodesulfuración;
precursores oxídicos y carburados; carburos de NiMoW.
Tabla de contenido
222
Síntesis y caracterización de catalizadores soportados de TIO2 y
ZrO2 modificados con tungsteno para su aplicación en la
hidratación de etileno a etanol
Juan Carlos Salazar Ramosa, Julián Urresta A.
b, Mario Andrés Llano
c.
a,b Departamento de Química, Universidad del Valle.
c Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle.
Email: [email protected]
Resumen
El etanol es uno de los productos químicos orgánicos de mayor producción y consumo en
volumen a nivel mundial, es usado como solvente y agente de limpieza en industrias
alimenticia, también se usa en la producción de colorantes, detergentes, perfumes,
cosméticos, pinturas y barnices.
En 1948 la Shell Company desarrollo el método de obtención de etanol a partir de la
hidratación catalítica del etileno proceso que se lleva a cabo en fase gaseosa. En las
plantas de producción actualmente existentes, la reacción ocurre al mezclar gas etileno
con vapor de agua en proporción de 1:0.6 en presencia del catalizador desarrollado, el
cual consta de ácido fosfórico soportado sobre oxido de silicio (H3PO4/SiO2). Las
condiciones de reacción son 65 atmosfera de presión y 600°C de temperatura en un
reactor de flujo continuo.
Un reciente estudio termodinámico del equilibrio químico y de fases combinadas, que ha
revelado que la conversión de etileno a etanol puede aumentarse grandemente si la
reacción se lleva a cabo en un sistema de dos fases, líquida y gaseosa.
Ante esta posibilidad el presente trabajo se sintetizó y caracterizaron dos tipos de
catalizadores heterogéneos, a partir de óxidos metálicos soportados. Los sistemas
sintetizados fueron, tungsteno-titanio WO3/TiO2 y tungsteno-zirconio WO3/ZrO2 en 3
concentraciones de tungsteno (10, 30 y 40%). Los sólidos resultantes del proceso de
impregnación húmeda incipiente fueron activados por medio de calcinaciones realizadas
en hornos tubulares con flujo de oxígeno a 800°C, los resultados de los estudios en los
catalizadores revelaron, bandas características de clúster WO3 superficiales, fases de
compuestos de tungsteno, transiciones de fase en los soportes empleados, tamaños
nanométricos de partícula en los sólidos activados y un incremento en la estabilidad
térmica luego de la impregnación.
La aplicación catalítica de los compuestos sintetizados fue la reacción de hidratación
catalítica de etileno en una mezcla de fases. Los resultados encontrados indicaron la
obtención de etanol tanto en fase gaseosa como en una mezcla de fases al emplear
catalizadores con bajas cargas de tungsteno (WZ-10 % y WT-10 %) entre 200 y 250 °C.
223
Palabras clave: Hidratación; catalizadores heterogéneos; tungsteno; equilibrio de fases;
oxido de zirconio; oxido de titanio.
Tabla de contenido
224
Síntesis y caracterización de complejos de hierro(III) con ligandos
derivados de 3,5 dimetilpirazol y su estudio catalítico para la
reacción de aminación oxidativa de estireno.
Chiara Carazzone*, Melisa Plata John Hurtado, Juan F. Torres. a
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes, Bogotá-
Colombia.(GUIQUICB)Grupo de Investigación en Química Inorgánica, Catálisis y Bioinorgánica).
Email: [email protected]
Resumen
En este trabajo, se sintetizaron cuatro compuestos, dos ligandos y dos complejos. Los
ligandos bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano y 3,5-bis(3,5-dimetilpirazol-1-metil)tolueno
ambos derivados de 3,5 dimetilpirazol fueron sintetizados a partir de reportes de literatura
con algunos cambios en los procedimientos. Los complejos se prepararon mediante la
reacción entre los ligandos y cloruro de hierro (III). Estos fueron caracterizados por: punto
de fusión, espectroscopía infrarroja, raman, análisis termogravimétrico, voltametria cíclica
y análisis elemental. Adicionalmente se realizó un estudio teórico para dilucidar las
geometría piramidal con base cuadrada de los complejos, conocer algunas de las
características electrónicas que pudieran permitan entender su posible comportamiento
en el momento de un proceso de catálisis.
Estos complejos se utilizaron para un estudio catalítico de aminación oxidativa de estireno
con 3,5dimetilpirazol como sustrato, el análisis se realizó variando el tiempo de reacción y
la cantidad de reactivos. Se observó la formación de nuevos productos en condiciones
específicas y la caracterización de los mismos está en proceso.
Tabla de contenido
225
Síntesis y caracterización de la perovskita LaFeO3 en un reactor
FASP (Flame Assisted Spray Pyrolysis)
Steven Angel
a, Jaime Gallego
b*, Diana López
c
a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín,
Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Las perovskitas son materiales cristalinos de formula general ABX3. Dentro de este tipo de
materiales los más comunes son los óxidos (X = O), sin embargo se encuentran carburos,
haluros, oxinitruros, entre otros. Esta estructura permite obtener sistemas múltiples,
dándose la sustitución en las tres posiciones con múltiples elementos (A1-xA’xB1-yB’yX1-zXz).
Estas sustituciones se forman bajo algunas restricciones, como conservar la
electroneutralidad de la estructura, que los radios atómicos de los elementos en las
diferentes posiciones no sean muy diferentes y que el factor geométrico (𝜏=𝑅𝐴+𝑅𝑋√2(𝑅𝐵+𝑅𝑋)),
llamado factor de tolerancia, se encuentre entre 0.75<τ<1. El hecho de permitir múltiples
sustituciones dentro de su estructura, hace que sea posible incorporar cerca del 90 % de
los elementos químicos dentro de una estructura cristalina tipo perovskita, esto permite a
este tipo de estructuras, poseer múltiples propiedades físicas y químicas, desde
cerámicos hasta súper conductores, sistemas magnéticos, catalíticos, conductores
iónicos, entre muchos otros. En estudios anteriores, se ha encontrado que la perovskita
LaFeO3 presenta alta actividad catalítica en reacciones de combustión, producción de
nanotubos de carbono, al igual que en reacciones como síntesis Fischer-Tropsch,
oxidación de CO, entre otras. Para la obtención de materiales tipo perovskita se han
utilizado muchos métodos de síntesis, de los cuales la mayoría son procesos por tandas,
que implican diversas operaciones unitarias, como filtración, secado y calcinación. En
miras a una aplicación industrial, se hace necesario desarrollar métodos de síntesis más
simples, con posibilidad de producción en continuo, facilidad de escalado y con una
menor cantidad de operaciones unitarias.
226
En este trabajo se sintetizó la perovskita LaFeO3 dentro de un reactor FASP (Flame
Assisted Spray Pyrolysis, por sus siglas en inglés) y se
caracterizó mediante difracción de rayos X, espectroscopia
Raman y microscopia electrónica de barrido. El reactor
FASP ha sido diseñado, construido y probado en el grupo
de investigación QUIREMA de la Universidad de Antioquia
y en la actualidad se encuentra en proceso de escalamiento
con el acompañamiento de una empresa de la región. Por
difracción de rayos X se encontró la fase perovskita como
única fase cristalina, la cual se forma dentro del reactor
FASP, eliminando así procesos de calcinación que son
requeridos normalmente durante la preparación de estos
materiales por métodos convencionales. Por
espectroscopia Raman se evidenció que la perovskita
LaFeO3 presenta un espectro característico para este
material, observándose sin embargo algunos cambios en
las intensidades relativas de las diferentes bandas, lo que
indica cambios en la estructura electrónica de la misma,
posiblemente debido a la presencia de defectos cristalinos como vacantes de oxígeno.
Por microscopia electrónica de barrido, se pudo observar la obtención de partículas
semiesféricas con morfologías superficiales tipo esponja, debido a los precursores usados
para la síntesis de la misma. Se presenta una amplia distribución del tamaño de las
partículas, la cual puede ser controlada con una atomización fina de los precursores
alimentados a la llama.
Como principal conclusión de esta investigación se tiene que bajo un sistema FASP es
posible obtener óxidos tipo perovskita, LaFeO3 para este caso, en continuo y en una sola
etapa.
Los autores agradecen al programa “Sostenibilidad 2014-2015” de la Universidad de
Antioquia.
Palabras clave: Reactor FASP; Perovskitas; Síntesis en continuo.
Tabla de contenido
227
Síntesis y caracterización de polioxometalatos tipo Anderson de
Fe-Mo, Co-Mo y Ni-Mo soportados en zeolitas-β para
hidrodesulfuración de tiofeno
Melissa Romeroa*, Esneyder Puello
b, Mario Barrera
c.
a,c Universidad de Córdoba, Montería, Colombia.
b Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.
Email: [email protected],
Resumen
Los procesos realizados en la industria de refinamiento de petróleo para la obtención de
los principales combustibles usados en la actualidad, han destacado la importancia del
área de la catálisis. Es esta necesidad de producir combustibles para abastecer los
vehículos actuales que ha llevado a una disminución significativa en las principales
fuentes de energía en nuestro país, como es el caso de los combustibles fósiles,
específicamente el petróleo. Este hecho ha llevado al cese de yacimientos de crudo
liviano, obligando a la industria a utilizar los yacimientos de crudo pesado, el cual aumenta
las posibilidades de contaminación ambiental no solo a nivel nacional sino también
internacional, ya que estos crudos poseen una mayor cantidad de elementos
contaminantes, dentro de los cuales los más abundantes son el azufre y el nitrógeno;
siendo causantes de fenómenos naturales como la lluvia ácida , además el azufre como
tal es causante de corrosión en los materiales usados para los procesos de refinamiento ,
por lo que estas industrias invierten en procesos de hidrotratamiento para eliminar este
tipo de contaminante, siendo la hidrodesulfuración uno de los procesos más adecuados y
utilizados para este fin.
El proceso de hidrodesulfuración requiere de catalizadores que ayuden con la reducción
de azufre presente en las muestras, por lo que cada vez más las investigaciones se basan
en la innovación de estos. Para este caso, se busca modificar el soporte de los
catalizadores convencionales por la zeolita-β, la cual se espera mejores resultados por su
gran área específica así como su alta capacidad de intercambio catiónico, permitiendo
que se suponga una mayor actividad catalítica. Para este fin, inicialmente se realiza la
síntesis de las fases Anderson con soluciones de los metales de los catalizadores
convencionales: FeCl3, Ni(NO3)2 y Co(NO3)2 y solución de heptamolibdato de amonio;
posteriormente se soportan estos precursores oxídicos con zeolita-β y se ensaya su
actividad catalítica en el montaje de la reacción de hidrodesulfuración. Posteriormente, se
analizaron las muestras tomadas en tres tiempos de reacción distintos y se observaron las
actividades catalíticas, obteniendo los siguientes resultados:
228
Sólido Área(BET) (m2/g) Actividad (%)
NiMo6 73,07
CoMo6 1 55,75
FeMo6 54,76
NiMo6/zeolita-β 224 87,93
CoMo6/zeolita-β 89,35
FeMo6/zeolita-β 203 86,45
Zeolita-β 51,07
Al obtener estos resultados, se pudo observar claramente que las actividades de los
precursores convencionales soportados son mayores que las de los precursores sin
soportar, lo que nos indican un buen progreso en el trabajo realizado, puesto que lo que
se presume con respecto a las propiedades del soporte reflejan la veracidad en los
resultados obtenidos, mostrándonos de esta manera una reducción notoria de la
concentración de tiofeno.
Palabras claves: hidrodesulfuración; hidrotratamiento; precursor; polioxometalatos.
Tabla de contenido
229
Study of Intermediates in the Water Gas Shift Reaction on the
Fe3O4 (001) Surface
Oscar Gambaa*
, Heshmat Noeib, Jiři Pavelec
c, Roland Bliem
d, Michael Schmid
e, Ulrike
Dieboldf, Andreas Stierle
g, Gareth S. Parkinson
h.
a,c,d,e,f,h Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology, Vienna, Austria 1040.
b,g Deutsches Elektronen-Synchroton (DESY), Hamburg, Germany 22607.
Email: [email protected],
Abstract
The water gas shift reaction, in which carbon monoxide and water react to produce carbon
dioxide and hydrogen, is one of the most important reactions in the field of catalysis. The
current industrial catalyst for the reaction is based on magnetite (Fe3O4), a naturally
abundant oxide material. Despite intensive research, the details of the reaction, including
the reaction pathway and the identification of active intermediates is not clear, and various
intermediates such as formate, carbonate or carboxylate have been proposed. Using high
pressure X-ray Photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning tunneling microscopy
(STM), we observed the formation of three stable carbon surface species during the
reaction on Fe3O4(001) at room temperature.
To positively identify formate as one of the intermediates, we studied the adsorption of
formic acid on the (√2⨉√2) R45o - Fe3O4 (001) surface using an array of surface science
techniques. X-ray Photoelectron spectroscopy and Infrared reflection adsorption
spectroscopy results suggest that formic acid deprotonates on the Fe(B)-O terminated
Fe3O4 (001) surface, producing adsorbed bidendate formate and surface hydroxyl groups
at room temperature. This reaction is facilitated by the close proximity of undercoordinated
Fe3+/O2- cation/anion pairs at the surface. This configuration leads to the observation of
(1x1) and (2x1) phases in STM. At 70 K, HCOOH is adsorbed both dissociatively and
molecularly suggesting two active sites for dissociation. All of the data identify formate as
one of the intermediate observed in the water gas shift reaction on magnetite.
Keywords: Magnetite, Formate, Water gas shift reaction.
Tabla de contenido
230
Transesterificación de aceite de palma utilizando titanil sulfato
extraído de la ilmenita como catalizador sólido ácido
Lorena Duarte Peña
a, Martha Eugenia Niño
b*, Daniel Molina
c.
a,b Centro de investigación den catálisis, CICAT; Centro de investigación en materiales y
nanociencias. Universidad Industrial de Santander, Km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander)
Colombia; código postal: 681011. c Laboratorio de resonancia magnética nuclear. Universidad Industrial de Santander, Km 2 vía El
Refugio, Piedecuesta (Santander) Colombia; código postal: 681011.
Email: [email protected],
Resumen
En este trabajo se realizó la transesterificación de aceite de palma empleando como
catalizador el titanil sulfato, un sólido de alta acidez, extraído de la ilmenita. La
composición del aceite utilizado fue determinada por resonancia magnética nuclear de
líquidos, además, se halló el índice de acidez, el índice de yodo y el índice de
blanqueabilidad. El aceite de palma crudo se sometió a un tratamiento de refinado; el cual
consistió en una etapa de desgomado para eliminar principalmente fosfatidos, y una de
blanqueo para eliminar carotenos y productos de oxidación secundaria, que pueden
interferir con la reacción. El titanil sulfato fue extraído de la ilmenita, secado a 110 0C por
cuatro horas, calcinado a 400 0C por dos horas y caracterizado empleando: isotermas de
adsorción – desorción de N2 para propiedades texturales, difracción de rayos X,
microscopia electrónica de barrido unida a espectrofotometría de energía dispersiva de
rayos X, espectroscopia de infrarrojo y Raman, y análisis de acidez por adsorción de
piridina. La transesterificación del aceite tratado se realizó empleando etanol absoluto en
una relación molar aceite: etanol de 1:10 y 2 % de catalizador, la temperatura se varió a
80, 100 y 120 0C. El seguimiento de la reacción se hizo por cromatografía de gases; y el
control utilizado fue el óxido de titanio degusa PV -24 calcinado a 400 0C. La
implementación de catalizadores más amigables con el medio ambiente y de fácil manejo,
como el titanil sulfato, permitirá impulsar el crecimiento de la industria oleoquímica del
país, puesto que brinda la posibilidad de aumentar la producción, y ya no solo pensar en
el biodiesel como combustible sino también como materia prima para la elaboración de
oleoquímicos de mayor valor agregado.
Palabras clave: titanil sulfato; ilmenita; aceite de palma; transesterificación,
oleoquímica.
Tabla de contenido
231
Tratamiento de aguas residuales de la industria textil mediante
procesos de oxidación electro-química usando ánodo de
diamante dopado con boro
Edison GilPavasa*
, Carlos M. Gómeza, Jose Medina
a, Izabela Dobrosz-Gómez
b1,
Miguel Á. Gómez-Garcíab2
a GIPAB: Grupo de Investigación en Procesos Ambientales. Departamento de Ingeniería de
Procesos. Universidad EAFIT, Carrera 49 #7 sur 50, Medellín-Colombia. Código Postal 050021. b Grupo de Investigación en Procesos Reactivos Intensificados con Separación y Materiales
Avanzados - PRISMA. 1Departamento de Física y Química,
2Departamento de Ingeniería Química.
Universidad Nacional de Colombia. Campus La Nubia, km 9 vía al Aeropuerto la Nubia, A A 127,
Manizales, Caldas, Colombia.
Email: a*
Resumen
La industria textil es un importante sector económico de Colombia. En su proceso
productivo genera grandes descargas de agua con altas concentraciones de materia
orgánica, colorantes, surfactantes, y sales inorgánicas. Algunas de estas sustancias
implican un riesgo para los organismos acuáticos y los seres humanos. En busca de una
solución a esta problemática, en este trabajo se estudió la viabilidad de usar un proceso
de Oxidación Electro-Químico con ánodo de diamante dopado con boro (DDB) y cátodo
de titanio para el tratamiento de aguas residuales de una empresa de Medellín. Un
aspecto diferenciador de este trabajo con la mayoría de publicaciones disponibles en la
literatura es la utilización de agua residual real.
Las condiciones iniciales de la muestra industrial a ser tratada fueron: pH = 10,
conductividad = 4.000 µS/cm, Demanda Química de Oxígeno (DQO) = 865 mg/L,
Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) = 118 mg/L, y un color azul intenso. Con estas
condiciones, no es posible tratar efectivamente esta agua con los métodos
convencionales (v.g., biológicos), como en la planta de tratamiento de San Fernando, en
Medellín.
Para los experimentos se utilizó un reactor a escala de laboratorio. Se evaluaron los
procesos de: Oxidación Electro-Química, Oxidación Fotoelectro-Química, Electro-Fenton y
Fotoelectro-Fenton. La comparación entre los diferentes procesos se realizó en términos
de la DQO. El estudio está soportado por un diseño de experimentos, cuya etapa
preliminar incluyó un factorial fraccionado 25-1, para 17 ensayos. Este sirvió como base
para un diseño experimental del tipo Box-Behnken, que contó con un total de 27
experimentos (con tres puntos centrales) para optimizar las condiciones de operación. En
el análisis de los resultados se empleó la metodología de superficie de respuesta (MSR).
232
La mejor eficiencia se encontró para el proceso Electro-Fenton, con el cual el color azul
intenso de la muestra se removió completamente en los primeros 15 minutos del proceso
y se requirieron 120 minutos para reducir en 97% la DQO. Las condiciones óptimas de
operación obtenidas fueron: conductividad = 7.000 µS/cm, pH = 3, separación de
electrodos = 1 cm, densidad de corriente = 30 mA/cm2, y área del ánodo sumergida = 12
cm2. Durante el proceso de tratamiento se monitoreó la acumulación de H2O2 y la
variación de pH (cuyo valor final fue de 6.7 (factores claves en el proceso Electro-Fenton).
También se confirmó la reducción de los compuestos presentes en el agua residual
mediante análisis de espectros de absorbancia (entre 200 y 700 nm) y la reducción del
Carbón Orgánico Total en un 50%.
Se concluye que con el proceso Electro-Fenton optimizado, el agua residual no solo se
puede tratar para descargarla, sino que se podría pensar en reincorporarla al proceso
productivo, según los requerimientos, generando así un valor agregado a esta agua que
se convertiría en una materia prima, y en una práctica ambientalmente más benéfica.
Palabras clave: ánodo de diamante dopado con boro; agua residual textil;
Oxidación Electro-Química; Electro-Fenton; Fotoelectro-Fenton.
Tabla de contenido
233
Tratamiento de lixiviados mediante ozonización catalítica
heterogénea.
Natali Lorena Mena Guerreroa*, Jorge Eliecer Manrique Julio
b, Fiderman Machuca Martínez
c.
a,b,c Universidad del Valle, Cali, Colombia, 4-72.
Email: [email protected],
Resumen
Las actuales legislaciones ambientales, concernientes al tratamiento de aguas residuales,
han obligado a buscar métodos alternativos que puedan degradar sustancias
recalcitrantes ante los tratamientos convencionales. Como alternativa, han surgido los
procesos de oxidación avanzada (POA), entre los que sobresale la ozonización gracias a
su alto poder oxidante. La ozonización catalítica heterogénea presenta un alto
rendimiento en la descomposición del ozono. Los óxidos metálicos soportados y no
soportados son los catalizadores más utilizados para la degradación de compuestos
orgánicos, en especial la magnetita por su fácil separación del efluente después del
proceso.
En el presente trabajo, se ozonizó lixiviados provenientes del relleno sanitario:
“Presidente” de la ciudad de Buga, Valle del Cauca, utilizando magnetita como catalizador
(0.3 g/L). Los mejores resultados se alcanzaron trascurridos 40 minutos de tratamiento
con una concentración de 22.7 ppm de O3, al final del proceso se retira el catalizador
magnético y se evidenciaron reducciones de COD (48%), DQO (65%), turbiedad (98%),
amonio (48%), color (89%)y metales como magnesio (96%), manganeso (99%), hierro
(91%) y Zinc (83%)
Palabras clave: Ozono; Agua residual; Magnetita.
Tabla de contenido
234
Tratamiento de residuos provenientes de un laboratorio de
catálisis
Rakell Rosasa*, Julie Murcia
b, Jairo Cubillos
c, Hugo Rojas
d.
a,b,c,d Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Email: [email protected],
cjacubil@gmailcom
Resumen
A través del uso de la fotocatálisis heterogénea es posible la degradación y eliminación de
un gran número de contaminantes orgánicos que son habituales en efluentes industriales
y residuos de laboratorio. Es por ello que los procesos fotocatalíticos se han estudiado
intensamente en diferentes ámbitos desde el académico, de investigación hasta el
desarrollo tecnológico, logrando importantes avances y nuevas tecnologías. Sin embargo,
es innegable que estos avances no son posibles sin la investigación básica en los
laboratorios a pequeña escala, es en estos espacios académicos de experimentación e
investigación en química, donde actualmente se plantea la necesidad de generar
alternativas de disposición y tratamiento para los residuos derivados de reacciones
químicas que no resultan del todo exitosas, aunque hagan parte de ensayos dirigidos al
desarrollo de fotocatalizadores eficientes en la eliminación de contaminantes. El
tratamiento de residuos provenientes de las reacciones fotocatalíticas es interesante ya
que ofrece la posibilidad de recuperar el catalizador para su posterior reciclaje en nuevas
reacciones. En este contexto, en el presente trabajo se evaluó la degradación de fenol
utilizando catalizadores recuperados de diferentes ensayos fotocatalíticos en un
laboratorio de investigación en Catálisis. El material catalítico recuperado se sometió a
una amplia caracterización fisicoquímica usando espectroscopia de energía dispersiva
EDX, microscopia electrónica de barrido SEM, TOC y espectrofotometría UV-Vis. Los
resultados de caracterización permitieron determinar la composición química de los
materiales, expresada en TiO2, Au y Pt, típicos elementos usados en los procesos de
degradación fotocatalítica. Por microscopía SEM se analizó la morfología de los
catalizadores recuperados, encontrándose nanopartículas de Au de 5 nm
aproximadamente (Figura 1).
235
Figu
Figura 1. Micrografía SEM de catalizador recuperado
La actividad fotocatalítica del material recuperado se evaluó en la reacción de
degradación del fenol; las muestras de fenol tratadas se analizaron por espectrofotometría
UV-Vis y TOC; en la Figura 2 se muestra la evolución de la concentración de fenol en
función del tiempo de reacción, como se puede observar.
Figura 2. Concentración fenol vs tiempo de reacción
Se obtuvo una concentración final de 17 ppm de fenol; no se eliminó totalmente el
contaminante pero si se presentó una disminución considerable en la concentración de
éste compuesto. El análisis por TOC arrojó valores cercanos a los 4,5 ppm,
comprobándose que se alcanzaron valores aceptables en cuanto a la mineralización del
fenol. Se concluye que el tratamiento de los residuos de catalizadores fue eficiente y que
éstos a su vez al ser reutilizados presentan actividad catalítica efectiva para la
degradación de fenol. Ésta contribución es una alternativa para el uso y reuso de
materiales fotocatalíticos.
Palabras clave: fenol; catalizador; tratamiento de residuos; reciclaje de
catalizadores.
Tabla de contenido
Au Au
236
Tratamiento terciario de un lixiviado de relleno sanitario con
carbón activado granular funcionalizado (Fe-GAC) mediante
adsorción/regeneración catalítica
Omaira Yela Bastidasa, Dolly Revelo
b, Iván Andrés Sánchez
a, Milena Guerrero
a y Luis
Alejandro Galeanoa*
a Grupo de Investigación en Materiales Funcionales y Catálisis. Departamento de Química,
Universidad de Nariño. Calle 18 Cra. 50, Campus Torobajo, Pasto – Colombia. b Grupo de investigación en Bioelectroquímica. Grupo interdisciplinario, Universidad de Nariño.
Calle 18 Cra. 50, Campus Torobajo, Pasto – Colombia.
Email: [email protected]
Resumen
Se estudió la combinación de métodos físicos y químicos que involucran el uso de carbón
activado granular funcionalizado con hierro, y comprende la adsorción de la materia
orgánica seguida de regeneración catalítica del adsorbente por medio del proceso Fenton,
como post-tratamiento o tratamiento terciario de lixiviados maduros de relleno sanitario.
Para ello se partió de un carbón activado granular comercial, caracterizado
granulométricamente en un tamaño de partícula de 1,18 a 2,36 mm, que se funcionalizó
con hierro (7.000 mg/Kg como Fe2+), luego de un pre-tratamiento ácido del mismo, como
sitio activo del proceso Fenton in-situ. La caracterización del material se llevó a cabo
mediante análisis químico elemental por espectroscopia de absorción atómica y análisis
de área superficial a partir de la isoterma de adsorción de nitrógeno, por el método BET.
Como efluente a tratar se empleó un lixiviado de relleno sanitario maduro con DQO y
DBO5 de 556 y 47,2 mg O2/ L respectivamente.
En primera medida se empacó el adsorbente en una columna de dimensiones (base x
altura) 2,54 x 10 cm; se estudió el efecto de la relación de esbeltez de la columna
evaluando dos relaciones H/D: 4/1 y 8/1 . Para los ensayos de adsorción/regeneración
catalítica del adsorbente, se llevaron a cabo inicialmente experimentos de saturación con
el lixiviado a tres diferentes flujos de lixiviado a tratar: 7,0; 15,0 y 30,0 mL/min, obteniendo
que el tiempo máximo de saturación del material para cualquiera de estos flujos
estudiados es de cerca de 24 horas. Una vez determinado el mejor flujo y tiempo de
saturación del adsorbente se determinaron las mejores condiciones para la oxidación in-
situ de la materia orgánica retenida en el adsorbente, evaluando tres dosis de peróxido de
hidrógeno: 1,06; 2,12 y 3,18 ppm H2O2 por cada ppm de DQO retenida en el adsorbente y
tres caudales de recirculación de peróxido de hidrógeno: 160, 230 y 300 mL/min mediante
un diseño factorial de experimentos 32.
237
Con las mejores condiciones de dosis y flujo de agente oxidante necesarios para la etapa
de regeneración catalítica, se procedió a evaluar la eficiencia del proceso secuencial de
adsorción/regeneración PCFH (Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda) mediante un
ensayo de cinco ciclos consecutivos de adsorción/regeneración, haciendo un seguimiento
a las concentraciones de DQO, peróxido de hidrógeno remanente y hierro en la disolución
recirculante, a temperatura ambiente promedio de 18 +/- 2,0 °C y Presión atmosférica de
0,74 atm.
Palabras clave: Carbón activado granular; Adsorción; Regeneración catalítica;
Lixiviado maduro.
Tabla de contenido