FRC-Tesis Doctoral Mención Materiales
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Item Aplicación de nanomateriales para la valorización de recursos biomásicos(2020) Vaschetti, Virginia M.; Casuscelli, Sandra G.; Cánepa, Analía LauraEn esta tesis doctoral se desarrolla la síntesis y caracterización de tamices moleculares nanoestructurados MCM-41 modificados con cobre y vanadio. Estos materiales fueron evaluados en las reacciones de oxidación catalítica heterogénea de limoneno y ácido ferúlico, a partir de residuos biomásicos, para la obtención de compuestos de interés industrial. La funcionalización del soporte MCM-41 con metales de transición fue realizada mediante intercambio ion-agente plantilla (TIE), un método simple de modificación de la matriz porosa que permite la incorporación/deposición de especies metálicas con elevada dispersión. Los sólidos se caracterizaron textural y fisicoquímicamente usando una amplia variedad de técnicas, a mencionar: DRX, adsorción-desorción de N2 a 77 K, SEM, absorción atómica, ICP-OES, UV-vis RD, XPS, FT-IR, FTIR-Py y RTP. Los materiales sintetizados con cobre fueron evaluados en las reacciones de oxidación en fase líquida de limoneno a derivados oxigenados, utilizando oxidantes verdes como peróxido de hidrógeno (H2O2) y t-butil hidroperóxido (TBHP). En base a estos resultados se propusieron mecanismos de reacción para interpretar la vía de formación de cada producto. Luego, en función de los productos oxigenados obtenidos en cada caso y su utilización industrial, se seleccionó el H2O2 como mejor oxidante. Por otro lado, se optimizó energéticamente el método TIE y se sintetizaron nuevos catalizadores. Estos sólidos se contrastaron con aquellos sintetizados por el método original, teniendo en cuenta las características fisicoquímicas de los materiales y su desempeño catalítico en la oxidación de limoneno y ácido ferúlico con H2O2. El método optimizado se empleó para sintetizar los sólidos modificados con vanadio. Estos materiales demostraron ser más activos que los modificados con cobre en la oxidación de limoneno con H2O2. Sin embargo, presentaron baja estabilidad en el medio de reacción por lixiviado. Así, se propuso la síntesis de un material bimetálico por impregnación con titanio que presentó buena actividad catalítica y estabilidad mejorada. En todos los casos, los resultados de las técnicas de caracterización fueron correlacionadas en detalle con el desempeño catalítico de los sólidos.Item Aprovechamiento de deshechos lignocelulósicos derivados de la producción industrial de aceite de palma en el desarrollo de materiales compuestos(2024) Valle Álvarez, Lauro Vladimir; Kreiker, Jerónimo; Raggiotti, Bárbara Belén; Cadena, FranciscoEl trabajo doctoral se enfocó en la valorización de residuos de raquis de palma africana (variedad INIAP-Tenera) provenientes de la industria ecuatoriana, en el desarrollo de materiales compuestos de matrices poliméricas termoplásticas. En una primera etapa se acondicionaron los residuos por medio de procesos de secado, molienda y tamizado. La clasificación por tamaños provocó que las mayores proporciones de masa retenida se encuentren en los tamices intermedios (mallas N° 20, 30 y 40) del sistema, por lo que se decidió emplear las fibras retenidas en estas mallas para el posterior desarrollo de los materiales compuestos. En virtud de que las fibras que fueron retenidas, así como aquellas que atravesaron la separación libre del tamiz pudieron contener longitudes mayores o menores a su correspondiente abertura, se procedió a evaluar la longitud de las fibras contenidas en cada retenido. Con el objetivo de disponer de suficiente data para un estudio estadístico riguroso, se planteó una metodología que permita obtener un volumen de datos de longitud de fibra significativamente superior al sugerido en bibliografía. En este sentido, se considera que la metodología desarrollada tiene amplio potencial para ser aplicada en la medición de cualquier fibra natural. El comportamiento de los datos obtenidos para las longitudes de fibra tamizada no estuvo descrito por los supuestos de normalidad estadística como se reporta en bibliografía, sino que se ajustan satisfactoriamente a una distribución exponencial para las fibras sin tamizar y distribución gamma para las retenidas en las mallas N° 20, 30 y 40. En una siguiente fase, se realizó la caracterización de las fibras provenientes de las fracciones pedunculares del tallo y espiguillas. En virtud de que las diferencias entre todas las características evaluadas del tallo en comparación con las de las espiguillas no fueron significativas, se decidió trabajar con la fibra del tallo y de las espiguillas en conjunto para el posterior desarrollo de la investigación experimental. Posteriormente, se elaboraron y caracterizaron materiales compuestos a partir de las fibras acondicionadas en cuatro matrices poliméricas (acrílica, vinil-acrílica, poliolefínica e híbrida). En términos generales se estudió la influencia del tipo de matriz, parámetros de procesamiento y longitud de fibra (sin tamizar, mallas N° 20, 30 y 40) en las propiedades de los materiales obtenidos, dentro del siguiente contexto: (i) Composites a partir de resinas base acuosa acrílicas y vinil-acrílicas, por separado, y a través del embebido de las fibras en los polímeros contenidos en las resinas. Durante el procesamiento, se estudiaron cinco temperaturas de modelo por compresión. (ii) Composites con matriz de polietileno de alta densidad reciclado, procesados por extrusión, a tres contenidos de fibra y con dos mecanismos de compatibilización. (iii) Composites de matriz híbrida (acrílica–polietileno de alta densidad reciclado) por medio de un proceso de transformación combinado entre los mecanismos propuestos en los ítems i y ii. Para todos los casos, los composites obtenidos fueron caracterizados en términos de sus propiedades mecánicas a tracción, espectrofotométricas, morfológicas y estabilidad térmica. Los resultados de esta caracterización evidenciaron diferencias significativas en cuanto a su Aprovechamiento de desechos lignocelulósicos derivados de la producción industrial de aceite de palma en el desarrollo de materiales compuestos 4 comportamiento mecánico a tracción, así como también en la estabilidad térmica de cada una de las formulaciones. Este comportamiento está asociado principalmente al tipo de matriz empleada y en menor término al método de procesamiento. La distribución de tamaños de fibra de las fracciones sin tamizar, malla 20, 30 y 40 influyeron fundamentalmente en el comportamiento mecánico de los composites elaborados, con diferentes tendencias para cada caso. Posterior a la elaboración y caracterización de composites, las formulaciones que presentaron balance positivo de propiedades fueron sometidas a ensayos de envejecimiento acelerado en atmósfera salina permanente, atmósfera salina cíclica, radiación ultravioleta cíclica, y la combinación de atmósfera salina cíclica y radiación ultravioleta cíclica. Los resultados de envejecimiento acelerado demostraron que las condiciones de la atmósfera salina permanente favorecieron el biodeterioro fúngico. Desde la perspectiva de las características mecánicas, térmicas y espectrofotométricas, todos los composites presentaron tendencias de comportamiento relativamente similares bajo la influencia de los ensayos de envejecimiento. Respecto a la caracterización complementaria, se presentaron cambios importantes en la capacidad de absorción de agua. Para este caso, los composites de matriz vinil-acrílica exhibieron las tasas más elevadas de absorción e hinchamiento. Debido a la naturaleza de las materias primas empleadas en la presente investigación, los composites presentaron tasas bajas de conductividad eléctrica y térmica. Por otra parte, los materiales compuestos obtenidos exhibieron potencial para ser empleados como elementos constructivos; específicamente, los de matriz acrílica para placas y mobiliario en tanto que, los de matriz de polietileno e híbrida para mobiliario y perfiles. Como un aporte complementario a la investigación realizada, se exploró el uso de materiales biodegradables como el polivinil acetato, almidón de oca (Oxalis tuberosa) y harina de amaranto (Amaranthus hypochondriacus) para ser empleados como matrices poliméricas; sin embargo, la naturaleza higroscópica de los composites obtenidos limita su aplicación como elementos constructivos.Item Asfaltos altamente modificados con polvo de neumáticos fuera de uso (NFU) en mezclas asfálticas retardantes de la fisuración refleja(2024) Segura, Adrián Noel; Botasso, Gerardo; Raggiotti, Bárbara BelénLos neumáticos fuera de uso (NFU), cuando han alcanzado ese estatus, pueden ser aprovechados de varias formas, reutilizándolos, reciclando los mismos, sumados a un proceso de cogeneración de energía, o en la incorporación en el proceso de modificación de los asfaltos para la elaboración de mezclas asfálticas. En la búsqueda de obtener ligantes con altas prestaciones elásticas, en los últimos años, se han estudiado distintos modificadores de los asfaltos. El polvo de NFU han sido uno de ellos, siendo tasas del orden del 8 % una de las experiencias realizadas por el autor de esta tesis. Con el objetivo de obtener mejoras en las propiedades mencionadas, en la presente investigación se ha estudiado una mayor incorporación de NFU. Para ello, se realizó la incorporación de cantidades crecientes del polvo de NFU, en distintos tipos de asfaltos base mediante el equipo de dispersión. La caracterización y evaluación de sus comportamientos reológicos de cada uno de ellos, permitió observar el grado de modificación y adoptar, con criterios en base a especificaciones internacionales, aquel que presentó las mejores características para la elaboración de mezclas retardantes de la fisuración refleja. En lo que respecta a los pavimentos, las cargas repetidas de vehículos y las condiciones ambientales ejercen solicitaciones que causan un deterioro constante en la estructura. Este desgaste conduce a la pérdida de propiedades mecánicas, lo que a su vez resulta en una disminución de la capacidad estructural y funcional de la carretera. Entre las fallas más comunes se encuentran el ahuellamiento que son deformaciones permanentes, las grietas por fatiga, las grietas térmicas y la fisuración refleja. Este último problema, que consiste en la propagación de fisuras desde capas inferiores hacia la nueva capa colocada como refuerzo, es especialmente difícil de controlar, ya que reproduce la patología de las capas anteriores. El deterioro prematuro de los pavimentos debido a la aparición de fisuras reflejas, por rotura rápida de las capas colocadas para retardar las mismas, ocasiona reiteradas tareas de mantenimiento, generando incrementos en los costos de conservación de estas estructuras. Las mezclas más utilizadas para dicho retraso, han sido las arenas asfalto de granulometría continua que pueden ser elaboradas con asfalto convencional, y que en muchas ocasiones han fallado de manera temprana frente a la propagación de fisuras. Se genera así, la necesidad de mejorar el desempeño de esta mezcla, para lo cual se las han elaborado a partir de asfaltos modificados. En ese sentido, en el presente estudio se ha evaluado el desempeño de la misma, a partir de una elaborada con asfalto convencional, otra fabricada con asfalto modificado con polímero virgen y otra, con el mencionado antes, con alta incorporación de NFU. Este tipo de mezclas han presentado algunas dificultades y es por ello que, en la búsqueda de alternativas, se evalúan otras con granulometría discontinua y que deben ser elaboradas con asfalto modificado. Estas presentan un menor ahuellamiento y poseen una mayor proporción de vacíos, capaces de albergar al NFU. Estos espacios ocupados parcialmente por el mastic, formado por los finos y el ligante modificado con NFU, generan un medio que dificulta el crecimiento de la fisura. En esa línea, se plantea un estudio de mezclas de discontinuidad creciente. Por ello, se evaluaron un microconcreto discontinuo en caliente y otra con una mayor discontinuidad granulométrica. Estas también fueron elaboradas con los mismos asfaltos anteriores, el modificado con polímero virgen y con alta tasa de NFU. La valoración de la capacidad de disminuir la velocidad de ascenso de las fisuras, se ha realizado en probetas ensayadas con la metodología del modelo de reflejo de fisuras, con equipo de cargas cíclicas LEMaC. La determinación se ha realizado en probetas rectangulares fabricada con cada una de estas mezclas mencionadas, en un modelo que considere las capas intervinientes en una tarea de rehabilitación, siendo esto una capa inferior fisurada, una intermedia retardante de la fisura y una superficial de refuerzo. Por último, se presentan las conclusiones extraídas donde se ha observado que una mezcla hasta una determinada discontinuidad granulométrica, presenta un buen desempeño frente a la propagación de la fisura. Además, esto último ha podido relacionarse con algunas de las características reológicas determinadas en el ligante con alta tasa de NFU.Item Co-pirólisis de biomasa lignocelulósica con residuos plásticos para producir biocombustibles sustentables(2023) Rocha, María Victoria; Renzini, María Soledad; Pierella, LilianaEl aumento de la demanda de energía, la variabilidad de los precios de combustibles derivados del petróleo, los problemas medioambientales que se derivan de su utilización y su tasa de agotamiento de magnitud mayor a su ciclo de regeneración, resultan en una profundización de la exploración de materias primas alternativas y el reemplazo de los combustibles tradicionales. La actividad agropecuaria, una de las principales bases de la economía de Argentina, genera grandes volúmenes de residuos de biomasa lignocelulósica, materia prima prometedora para la producción de biocombustibles. Por ejemplo, la descomposición térmica de cáscara de maní produce rotura de enlaces liberando energía y obteniéndose productos finales de alto valor añadido. Sin embargo, debido a su estructura compleja, estos productos poseen un alto contenido de oxígeno, alto pH y bajo poder calorífico para su uso como combustibles; hecho que fuerza a encontrar alternativas que mejoren estas características. Una posibilidad para mejorar esta situación, es el agregado de co-reactivos que ayuden a bajar el contenido de oxígeno proporcionando átomos de hidrógeno. Entre las mejores opciones de co-alimentación podemos encontrar a la familia de los plásticos por sus largas cadenas ricas en carbono e hidrógeno. Además, la posibilidad de utilizar residuos plásticos contribuye a dar solución a la problemática de la disposición y tratamiento de este tipo de desechos. La presente investigación se orienta a valorizar dos fuentes de residuos, como son los desechos de biomasa lignocelulósica y los plásticos vertidos como basura, convirtiéndolos en productos de gran interés en las industrias e inclusive como fuentes de energías alternativas a los hidrocarburos fósiles. El objetivo se centra en la mejora de las características de los combustibles líquidos y gaseosos obtenidos mediante co-alimentación. Además, se analiza el uso de materiales catalíticos como medios que permiten mejorar el proceso de desoxigenación. El presente resumen tiene por objeto informar al lector sobre los contenidos desarrollados en esta Tesis. La misma está compuesta de 8 capítulos que se detallan a continuación. En el Capítulo 1 se presenta la Introducción, donde se describe la problemática actual respecto de la producción de energía, sus fuentes renovables y no renovables. Se habla de la problemática de los residuos lignocelulósicos y plásticos; se da un resumen de las alternativas termoquímicas de su valorización, y se detallan los productos obtenidos en el proceso de pirólisis. Además, se introducen conceptos teóricos acerca de los materiales empleados como vi catalizadores heterogéneos. Se presentan las características y propiedades fisicoquímicas y estructurales de los mismos. En el Capítulo 2 se presentan los objetivos generales y específicos propuestos para desarrollar en el transcurso del presente estudio de investigación. El Capítulo 3 presenta la caracterización de las materias primas utilizadas en esta investigación, para ello se detalla la metodología utilizada y los resultados obtenidos con diversas técnicas; tales como, Análisis Proximal, Análisis Elemental, Poder Calorífico Superior, Análisis Termogravimétrico, entre otras. En el Capítulo 4 se realiza el estudio de la co-pirólisis térmica de la cáscara de maní con el polietileno de baja densidad. En este capítulo se realiza un diseño de experimento que determina las variables en sus valores óptimos para llevar a cabo la investigación. A continuación, se caracterizan las tres fracciones de productos obtenidas (líquidos, gases y sólidos). El Capítulo 5 detalla la co-pirólisis catalítica. Por un lado, se describe la metodología empleada para la síntesis, modificación y caracterización de las zeolitas empleadas. Por otro, se analizan los resultados obtenidos con el uso de una zeolita sintética de estructura ZSM-11 y con el uso de una zeolita natural del tipo Clinoptilolita. El Capítulo 6 presenta el estudio cinético de la co-pirólisis de cáscara de maní con polietileno de baja densidad. A continuación, se analiza el mecanismo de obtención de productos aromáticos a partir de compuestos fenólicos de dicho proceso. En el Capítulo 7 se presenta un estudio de la valorización de residuos industriales generados en el proceso de reciclado de cartón. Para ello, se analizan los productos líquidos y gaseosos como alternativas para su uso como combustibles dentro de las empresas que los generan. Finalmente, en el Capítulo 8 se presentan las Conclusiones generales de esta Tesis y el Capítulo 9 cuenta los proyectos de transferencia que se ha logrado con la presente tesis, en lo que se está trabajando actualmente y las proyecciones futuras.Item Comportamiento hidráulico y mecánica de materiales compuestos con suelos de Córdoba(2020) Alercia Biga, Inés carolina; Aiassa Martínez, Gonzalo; Arrúa, PedroLas mezclas de suelo limoso local con adición de bentonita han sido propuestas por numerosos autores como un material adecuado desde un punto de vista hidráulico para la construcción del sistema de barreras en rellenos sanitarios. Sin embargo, como cualquier material ingenieril dichas mezclas se encuentran sometidas a elevadas presiones verticales como resultado de la disposición diaria de residuos en un vertedero y por lo tanto los crecientes esfuerzos de corte deben ser evaluados para garantizar la estabilidad y seguridad del sistema. Este trabajo de investigación propone el estudio hidráulico y mecánico de suelo limoso local mejorado mediante densificación y agregado de bentonita con énfasis en investigar el rendimiento hidráulico de mezclas sometidas a carga incremental para hallar una función matemática simple que estime la tendencia de comportamiento. Para lograr el propósito, se diseñó y desarrolló un programa experimental incluyendo la ejecución de ensayos de caracterización de las mezclas, ensayos de permeabilidad a pared rígida y a pared flexible mediante el empleo de un permeámetro, ensayos de capilaridad, infiltración sobre terraplenes de prueba construidos en campo mediante el empleo de anillos concéntricos, ensayos de compresión simple y ensayos de compresión confinada e infiltración en edómetros convencionales. Las curvas de infiltración fueron identificadas y simuladas mediante ecuaciones simples. La conductividad hidráulica saturada fue modelada considerando diferentes propuestas entre ellas la reconocida ecuación de Kozeny-Carman. En general, los resultados mostraron cambios en las propiedades y parámetros del suelo limoso local debido a la densificación y adición de bentonita, tales como una mayor plasticidad, menor conductividad hidráulica; mayor resistencia mecánica y mayor cohesión. Las imágenes de alta definición mostraron mayor densificación de la matriz de suelo lo que sugiere que la bentonita provoca un aumentó en el número de contacto entre partículas lo que genera una mejora desde el punto de vista mecánico. El rango óptimo de bentonita (COB) para ser incorporado al suelo limoso local, con el fin de mejorar no solo sus propiedades hidráulicas y mecánicas sino también garantizar la estabilidad del sistema; se encuentra entre 3-6%. Finalmente, la conclusión de esta tesis es que es factible utilizar suelos limosos con adición de bentonita para fines de sellado, siempre que se tengan en cuenta criterios geotécnicos como la resistencia, permeabilidad y un método de compactación adecuado.Item Degradación de contaminantes emergentes presentes en efluentes acuosos, empleando catalizadores tipo ferritas(2023) Gerbaldo, María Verónica; Crivelli, Mónica Elsie; Mendieta , SilviaEn las últimas décadas, se viene registrando un incremento de la presencia de contaminantes emergentes en aguas residuales y efluentes industriales. Distintas técnicas de remediación han sido y siguen siendo utilizadas para el tratamiento de estas aguas contaminadas. Sin embargo, muchas de ellas no presentan la capacidad de eliminarlos, es por ello que el desarrollo de tecnologías eficientes y de bajo costo se ha convertido en un verdadero desafío. Entre estas tecnologías se destacan los procesos avanzados de oxidación como una opción prometedora, en especial combinados con la catálisis heterogénea. Estos procesos se basan en la generación de especies radicalarias de elevado poder oxidante, capaces de atacar a las moléculas de los contaminantes y destruirlas. Los óxidos de hierro por su parte, han sido ampliamente estudiados como catalizadores para dichos sistemas. Con esta premisa, la presente tesis doctoral se enfoca al desarrollo de materiales sólidos nanoestructurados, ferritas espinelas, para ser utilizados como catalizadores en procesos avanzados de oxidación aplicados a la degradación de contaminantes emergentes, en particular compuestos farmacéuticos y matrices polifenólicas, presentes en efluentes industriales y aguas residuales. Se sintetizaron tres series de ferritas con estructuras tipo espinelas obtenidas siguiendo la ruta de Pechini. Se estudiaron sus propiedades texturales y fisicoquímicas empleando múltiples técnicas de caracterización. Los catalizadores obtenidos fueron evaluados en la degradación de los compuestos farmacéuticos diclofenac sódico y carbamazepina empleando una amplia gama de condiciones experimentales. Además, el material que mostró la mejor performance fue testeado con un efluente real proveniente de la industria olivícola. Se presentan los resultados preliminares obtenidos para este proceso Se correlacionó la actividad catalítica observada en los materiales con las propiedades físicoquímicas y estructurales estudiadas. Así, se pudo profundizar el conocimiento en el campo de los materiales nanoestructurados, particularmente las ferritas con estructura tipo espinelas, las cuales presentaron resultados prometedores con grandes perspectivas de aplicación en el tratamiento de aguas residuales que contengan contaminantes emergentes empleando sistemas que involucren procesos avanzados de oxidación.Item Desarrollo de catalizadores sólidos tipo zeolíticos para valorización de derivados de biomasa(2022) Bonetto, Luciana; Saux, Clara; Renzini, SoledadLas zeolitas representan a una familia de aluminosilicatos sólidos cristalinos microporosos compuestos por óxidos de silicio y de aluminio tetraédricamente coordinados formando una red tridimensional. La estructura de las zeolitas presenta canales y cavidades de dimensiones moleculares en las cuales se encuentran los cationes de compensación, moléculas de agua u otros adsorbatos. Este tipo de estructura microscópica hace que las zeolitas presenten una superficie interna extremadamente grande. Por esta razón, estos materiales sólidos presentan una gran área superficial. Además se caracterizan por presentar fuerte acidez, tamaño de poros bien definidos y uniformes (dporo< 2 nm), elevada estabilidad térmica e hidrotermal, selectividad de forma para reactivos y productos y capacidad de intercambio iónico. Estas excelentes propiedades les permiten ser ampliamente aplicados como tamices moleculares y catalizadores heterogéneos en industrias petroquímicas y refinerías. No obstante, a pesar de estas magníficas características, en las reacciones químicas que involucran moléculas voluminosas su tamaño de poro acotado limita la difusión de reactivos y productos hacia y desde los sitios activos localizados en el interior de los poros. Frente a ello se plantea la necesidad de utilizar catalizadores con un mayor tamaño de poros (2 nmItem Desarrollo de estructuras porosas de titanio para implantes biomédicos obtenidas por gel-casting y sinterización(Universidad Tecnológica Nacional.Facultad Regional Córdoba, 2024) Cantero, Santiago Marcelo; Lucci, Roberto OscarLos problemas degenerativos relacionados con enfermedades óseas, fracturas, y procedimientos quirúrgicos que requieren implantes ortopédicos han impulsado la búsqueda de materiales avanzados que puedan ser implantados en el cuerpo humano para sustituir o reparar tejidos como hueso, cartílago, ligamentos y tendones. El tiempo que transcurre desde la cirugía hasta la fijación efectiva de los implantes oseointegrables es esencial para el éxito de la intervención. Cualquier movimiento inesperado puede conducir a la formación de una cápsula fibrosa alrededor del implante, lo que resulta en una falla prematura. A pesar de la solución que proporciona la cementación de los implantes, para su colocación, esta técnica presenta problemas de incompatibilidad electroquímica y fisuras interfaciales en el cemento. En este contexto, el titanio se ha destacado como un material biomédico prometedor debido a sus excelentes propiedades mecánicas, su biocompatibilidad y su resistencia a la corrosión. A pesar de lo mencionado, la fabricación de aleaciones de titanio por métodos tradicionales basados en la fusión es compleja y costosa. La alta reactividad del titanio con el oxígeno exige trabajar en condiciones controladas como lo son las atmósferas inertes o bien de alto vacío; lo que ha llevado a la exploración de técnicas alternativas como la pulvimetalúrgia. Además, se presenta el desafío de reducir la rigidez del titanio (110 GPa), que es mucho mayor que la del hueso (1 – 30 GPa); lo cual genera un fenómeno conocido como apantallamiento de tensiones que deriva en la degradación del tejido óseo. La introducción de poros en la estructura del material reduce la rigidez de este, permitiendo disminuir el fenómeno mencionado, mejorando a su vez la biocompatibilidad. Por lo tanto, este trabajo se enfoca en el desarrollo de estructuras porosas de titanio que imiten la arquitectura de los huesos humanos, para su uso en implantes biomédicos, mediante la utilización de la técnica de Gel Casting y Sinterización. Se muestran resultados obtenidos de la fabricación de muestras de titanio a partir de polvos de hidruro de titanio (TiH2) y polvos de resina acrílica (metil metacrilato de metilo), es decir, por la técnica de gel-casting. Luego del proceso de sinterización, se obtienen estructuras con porosidad uniforme, con porosidad gradual en sentido radial y de manera compuesta, mediante agregados de hidroxiapatita. Se muestra el estudio de las variables de fabricación de las muestras en verde mediante gel-casting, como lo ser: mezclado de los polvos, formación del barro, colado en el molde y tiempo de secado. Allí, se obtienen muestras en verde con condiciones mecánicas aptas para su manipulación y buena terminación superficial, copiando adecuadamente la geometría del molde. Se presentan estudios de las variables y parámetros del proceso de sinterización, tales como temperatura, tiempo y control de atmósfera. Los mejores resultados, se encuentran a temperatura de 1300 ºC, con tiempo de sinterización de 240 minutos, en atmósfera de alto vacío. En otro orden, se realiza el estudio de descomposición de la hidroxiapatita, según diferentes condiciones de trabajo. Se encuentra que a temperaturas de sinterización de 780 ºC y tiempos de 420 minutos, la hidroxiapatita no se descompone y las partículas de titanio se sinterizan correctamente.Item Desarrollo de materiales catalíticos nano-estructurados con propiedades específicas para su aplicación en la degradación de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales(UTN, 2021-03-26) Ochoa Rodriguez, Pablo Alejandro; Eimer, Griselda Alejandra; Elías, Verónica R.La presente tesis doctoral está orientada al desarrollo y síntesis de materiales mesoporosos con el propósito de ser aplicados en la degradación de contaminantes orgánicos (tales como colorantes y fármacos) en matrices acuosas. En la actualidad son numerosos los intentos que se llevan a cabo para lograr dar respuesta a la problemática de los recursos hídricos contaminados con sustancias de carácter persistente y refractario, y que cada vez están alcanzando más a los ecosistemas, existiendo el tan perjudicial efecto de bioacumulación. En este sentido, las nuevas tecnologías en investigación que surgen, para hacer frente a esta situación, son los Procesos Avanzados de Oxidación. Estos procesos se basan en la generación de especies radicalarias de elevado poder oxidante, capaces de atacar a las moléculas de los contaminantes y destruirlas. En la amplia gama de alternativas, se pueden mencionar los procesos foto-Fenton y la fotocatálisis heterogénea. En ambos casos, es necesario utilizar sólidos que funcionen como fotocatalizadores luego de ser activados con radiación de determinada energía, y bajo determinadas condiciones de reacción. De este modo, durante el desarrollo de este trabajo doctoral, se sintetizaron y caracterizaron materiales del tipo SBA-15 y de TiO2. Se estudiaron las condiciones de síntesis que permitieran obtener sólidos estables capaces de llevar a cabo procesos eficientes de remediación ambiental, tendiendo a la utilización de radiaciones de menor energía (Visible) en sistemas de reacción amigables con el medio ambiente, y de mayor eficiencia energética (radiación LED). Para ello, se evaluó el impacto de funcionalizar los materiales con otras especies (metálicas o no metálicas), modificar los procedimientos de síntesis convencionales (calcinación final, ausencia de surfactantes), y variar las condiciones del medio de reacción (necesidad de utilizar oxidantes extras, realizar control estricto de pH, energía de la radiación empleada, dispositivos empleados). Los sólidos sintetizados fueron evaluados en la degradación del colorante azoico Ácido Naranja 7 (industria textil), y los fármacos Paracetamol e Ibuprofeno (industria farmacéutica) en una amplia gama de condiciones experimentales. Se correlacionó la actividad fotocatalítica observada con las propiedades físico-químicas y estructurales de las muestras. Se hizo especial énfasis en su capacidad de absorción de radiación Visible, así como en los estudios de profundidad (mediante XPS) que permitieron dilucidar las especies fotoactivas (en el caso de la titania). Así, se pudo profundizar el conocimiento en el campo de los materiales nano-estructurados, como parte de procesos de remediación ambiental eco-compatibles.Item Desarrollo de metodología NIRS para la evaluación cuantitativa y cualitativa de fibras especiales de origen animal(2023) Amorena, José Ignacio; Fernández de Ahumada, Elvira; Álvarez, Dolores María EugeniaLas fibras, hilados y tejidos de llama y vicuña resultan fundamentales para la sostenibilidad ambiental, económica y cultural de la puna catamarqueña. Adicionalmente, el aumento de la demanda de estos productos hace necesario disponer de información con mayor detalle sobre el material ofrecido, así como verificar y asegurar su calidad y autenticidad. Las técnicas tradicionales de análisis son lentas, costosas, limitadas en cuanto al número de variables que evalúan y generan efectos negativos en el ambiente. En este sentido, esta tesis tiene como objetivo evaluar el potencial de la Espectroscopía en el Infrarrojo Cercano (NIRS, por sus siglas en inglés Near Infrared Spectroscopy) para el diagnóstico de calidad y autenticidad de fibras, hilados y confecciones de llama y vicuña. Para ello, en primer lugar, se llevaron a cabo ensayos para la optimización de los parámetros de adquisición de espectros NIR. Seguidamente, se evaluó la capacidad predictiva de modelos cuantitativos para determinar parámetros de calidad de fibras de llama y vicuña. Finalmente, se desarrollaron modelos discriminantes para la clasificación entre fibras, hilados y tejidos de distintos orígenes y la identificación de la composición de muestras confeccionadas como mezclas de materiales naturales. Se aplicaron métodos de preprocesamiento espectral y diferentes algoritmos de regresión y clasificación. Los modelos predictivos relacionados con la cuantificación de parámetros de calidad en fibras de llama tuvieron mejor desempeño que los de vicuña. En muestras de llama, para la Finura Media, mostraron una adecuada capacidad de estimación, siendo esta menos satisfactoria para Factor de Confort y Medulación. En las de vicuña, se logró estimar la Finura Media solo con modelos de limitado desempeño. Los resultados asociados a los modelos discriminantes fueron muy satisfactorios tanto para clasificar entre materiales textiles de distintos orígenes, como para identificar la composición de fibras, hilados y tejidos de llama y vicuña, en mezclas con otras fibras naturales. Los resultados de esta tesis permiten concluir que es posible emplear la tecnología NIRS para el diagnóstico de calidad y autenticidad de fibras, hilados y tejidos de las especies evaluadas, como metodología alternativa a los análisis tradicionales. De esta manera, dicha tecnología se constituye como una herramienta que puede contribuir al desarrollo del sector textil de camélidos en Argentina. Palabras Clave: Fibras Textiles, Llama, Vicuña, Espectroscopía Infrarrojo Cercano, NIRSItem Desarrollo de nanomateriales con aplicaciones magnéticas(2015) Cuello, Natalia Inés; Eimer, Griselda Alejandra; Oliva, Marcos I.Este trabajo de tesis está orientado al desarrollo de materiales mesoporosos del tipo MCM-41 con propiedades magnéticas para su potencial aplicación en biomedicina. Es sabido que las principales aplicaciones del silicio poroso en este campo se dan en las áreas de administración de fármacos, sustitución ósea e ingeniería de tejido y dispositivos implantables para detección o tratamiento de enfermedades. En particular, es creciente el interés en estos materiales como anfitriones de fármacos para su uso en liberación modificada. Por otro lado, confiriendo propiedades magnéticas a estos sistemas puede lograrse que, mediante la aplicación de un campo magnético externo, se dirija el fármaco solo a las zonas del organismo a tratar evitando efectos secundarios no deseados. Se debe tener en cuenta que dos factores regulan las propiedades magnéticas de un material en la escala nanométrica: el tamaño y los efectos de superficie. Además los materiales utilizados para esta aplicación deben ser biocompatibles, bioreabsorbibles y adsorbentes del fármaco. Debido a esto, silicatos del tipo MCM-41 modificados con metales de transición se han propuesto como sólidos anfitriones de fármacos ya que poseen las propiedades adecuadas. En este sentido, factores como tamaño de poro, superficie específica, morfología de las partículas, modificación de la superficie con distintas especies químicas, etc., afectan directamente tanto a la adsorción como a la liberación del fármaco. Por tanto, el primer paso es diseñar los poros del material, controlando su número, tamaño, forma, distribución, conectividad y la posible funcionalización de su pared, en función del fármaco que se quiere utilizar. En esta tesis se presenta la síntesis y caracterización de materiales nanoestructurados de sílice modificados con metales de transición que les confieren diferentes características magnéticas. Este estudio está motivado por el creciente interés que existe en la miniaturización de sistemas y en el desarrollo de nanoestructuras. Así, se profundizó el conocimiento de sistemas de nanoespecies magnéticas insertas en una matriz de sílice mesoporosa, analizando los efectos de la reducción de su tamaño en función de la carga y el método de síntesis para su posterior aplicación en la adsorción-desorción de fármacos. De esta manera se da lugar a un importante avance en el campo de la nano-medicina y nanotecnología, generando grandes expectativas en cuanto al desarrollo de novedosas aplicaciones para estos nano-materiales.Item Desarrollo tecnológico de panel multicapa a partir de residuos lignocelulósicos bio ligados con micelio de hongos(2024-12-06) Fernández, Natalia Evelin; Gaggino, Rosana; Positieri, Maria JosefinaLas crisis sanitarias recientes han llegado junto a otras problemáticas interconectadas entre sí: ambientales, económicas, políticas, ecológicas, energéticas y sociales. En la era del Capitaloceno, comienza a evidenciarse en la composición física del planeta Tierra el impacto del modelo de consumo actual de los humanos sobre los ecosistemas. Situados en este contexto, signado por la contaminación, el cambio climático y el agotamiento de las reservas fósiles, resulta impostergable la búsqueda de soluciones para mejorar las prácticas y materiales sobre los cuales se erigen nuestras ciudades. En Argentina, alrededor de 107 toneladas anuales de residuos lignocelulósicos industriales son enterrados, quemados, o acumulados a cielo abierto junto a plásticos de origen fósil que son dificilmente biodegradables. Las consecuencias del modelo productivo actual invitan a reflexionar acerca de nuevas materialidades, que apunten a construir hábitats más saludables. Es importante también, impulsar el debate acerca del desarrollo de tecnologías a favor del sostenimiento de la vida. En este sentido, los materiales biobasados creados mediante el cultivo de microorganismos fúngicos que forman micelio como aglomerante sobre residuos, pueden constituir una solución al problema de los plásticos. En este proceso los flujos de residuos orgánicos, como los residuos agrícolas y urbanos, se valorizan, mientras que el micomaterial cultivado es biodegradable al final de su ciclo de vida; un proceso alineado con el espíritu de la economía circular. A pesar de esta promesa, las características de estos materiales han permanecido en su mayor parte, inexploradas. En parte por desconocimiento, o debido a la mala prensa que han tenido históricamente los hongos como propagadores de enfermedades o culpables de intoxicaciones en humanos. Este trabajo propone realizar un aporte pragmático en el desarrollo de un material biobasado y biodegradable a partir de residuos lignocelulósicos locales bioligados con micelio, como una alternativa para el reemplazo de plásticos que actualmente se utilizan en la construcción con fines de aislación térmica. La interacción entre los hongos y sus sustratos y las propiedades de los materiales resultantes tienen una estrecha relación con las condiciones ambientales, las cepas utilizadas y los residuos seleccionados. Además, se ha incorporado residuos orgánicos con aceites esenciales para el estudio de bio repelencia frente a insectos, con el objetivo de mejorar la salubridad de las construcciones. Esta investigación híbrida y transdisciplinar también es resultado de muchas interacciones conceptuales y epistémicas, y está guiada por la motivación personal de explorar las posibilidades de crecimiento y fabricación de materiales de micelio desde la perspectiva de la biología al servicio del hábitat sostenible, la ingeniería de materiales, el ecofeminismo y la arquitectura.Item Fabricación de arrecifes artificiales mediante impresión en 3D empleando morteros sostenibles(2019) Yoris, Adrián Isidro; Positieri, María Josefina; Blanco Fernández, Elena; Raggiotti, Bárbara BelénLa protección y recuperación de ecosistemas terrestres y marinos son temas actuales de vital importancia que conllevan a establecer una serie de medidas ambientales ya sean preventivas o correctivas, tanto a nivel tecnológico como de gestión. En este sentido, la inmersión de arrecifes artificiales (ARs) en el medio marino es una forma de estimular la recuperación de ecosistemas empobrecidos, y la impresión 3D es una herramienta que permite elaborar formas y texturas orgánicas que simulan los entornos naturales. Para ello, es necesario abordar su implementación desde un enfoque multidisciplinar que analice los materiales, los diseños y el proceso de construcción de los ARs para garantizar su efectividad. En esta tesis se presenta el proceso de fabricación de ARs, desde la selección de los materiales hasta la producción de los módulos para ser inmersos en las costas del Atlántico Norte, y así poder analizar su funcionamiento para mejorar la biodiversidad marina. Los ARs se elaboraron mediante impresión 3D empleando una técnica híbrida entre Extruded Material System (EMS) y Powder Based System (PBS). Los diseños propuestos cuentan con una combinación de formas prismáticas y aleatorias, con diferentes voladizos externos, así como agujeros interiores. Los diseños se basaron en criterios ambientales propuestos por biólogos marinos y por criterios tecnológicos definidos en función de las características propias de la impresora 3D. Como “tinta” de impresión se emplearon morteros de cemento con bajo contenido en clínker y morteros de geopolímero. Se estudiaron distintas dosificaciones, incluyendo grandes reemplazos de cemento por adiciones provenientes de residuos industriales, como fly ash (F.A.) y polvo de ladrillos cerámicos rojos, además de áridos reciclados, como arena de conchas marinas (seashells) y arena de vidrio (glass). La composición básica de los geopolímeros fue de F.A., como precursor, e hidróxido sódico (NaOH), como activador. Se elaboraron tanto probetas impresas en 3D como probetas moldeadas para analizar sus características particulares. Se dispusieron distintas condiciones de curado y exposición para analizar la evolución de las resistencias mecánicas y la durabilidad de los distintos morteros. Los estudios incluyeron determinación de las propiedades reológicas para definir la imprimibilidad, determinación del coste de los materiales utilizados, determinación de la resistencia mecánica (flexión y compresión) y receptividad biológica en probetas prismáticas que se sumergieron en el mar durante 24 meses. Para evaluar el impacto medioambiental de los materiales utilizados en la producción de los morteros se realizó un análisis del ciclo de vida (Life Cycle Assessment - LCA). Para elegir los morteros que reunían las mejores propiedades, se realizó un análisis de toma de decisiones con criterios múltiples (Multi-Criteria Decision-Making analysis – MCDM). Los dos morteros con mejor calificación se emplearon para la fabricación de los ARs. También se analizaron las ventajas e inconvenientes del proceso de impresión 3D utilizado, comentando los pasos seguidos para lograr la impresión de los ARs. Los resultados de esta investigación muestran que los morteros de cemento fueron los que mejor prestación tuvieron para ser empleados en impresión 3D, seguidos de los morteros de cemento con polvo cerámico. Los geopolímeros quedaron en último lugar debido a los altos costos de los materiales empleados y a las bajas resistencias logradas. Además, la metodología híbrida empleada fue efectiva para la impresión en 3D de ARs, ya que se logró crear huecos y voladizos, y las piezas fueron reproducciones fieles de los modelos digitales. Después de 2 años de monitorización, los ARs inmersos en el mar mostraron ser efectivos como módulos de recuperación de la biodiversidad en zonas costeras y como atracción de vida marina nueva.Item Fabricación de componentes constructivos con la fracción plástica de residuos provenientes de reciclado de RAEE(2023) Gómez, Melina Gabriela; Kreiker, Jerónimo; Peisino, Lucas; Raggiotti, BelénHoy en día, la problemática de los residuos genera gran preocupación y sobre todo requiere de acciones desde distintos ámbitos. Los residuos han provocado daños irreversibles en el ambiente que impactan directamente en las personas y demás seres vivos. Calentamiento global, incremento del diámetro del agujero en la capa de ozono, sequías, incendios forestales, derretimiento de los glaciares son algunas de las problemáticas que escuchamos casi a diario. Uno de los residuos que más daño genera y que más se ha incrementado en las últimas décadas es el de los provenientes de los Aparatos Eléctricos y Electrónicos o bien, RAEEs. Esta corriente de residuos presenta contaminantes que, en contacto con la tierra o el agua se trasladan hasta llegar al contacto con seres vivos y causando graves problemas de salud. En esta tesis se hace hincapié en la fracción plástica de los RAEES (FPR). La FPR se forma por las carcasas de plástico que se desprenden del residuo y que son muy difíciles de reciclar, reusar o reinsertan en un proceso productivo debido a que se encuentran contaminadas con metales pesados o retardantes de llama bromados, producto de haber estado durante si vida útil en contacto con el aparato. El resto del aparato, es decir toda su parte electrónica interna, hoy en día ha encontrado su corriente de reciclado en la minería urbana y re uso de partes con buen funcionamiento. El objetivo de este estudio es lograr un reciclado seguro y eficiente de esta FPR para evitar así su desperdicio y lograr inserción en un ciclo productivo, el de la construcción. Se desarrolló un sistema que permite encapsular la partícula para retener químicamente en su matriz los contaminantes y con este se desarrolló un agregado para morteros que a la vez presenta una forma de producción sencilla y económica que puede ser llevada a cabo sin conocimientos técnicos específicos, grandes inversiones de capital o necesidad de infraestructura compleja o de gran porte. En virtud de lo investigado, es posible neutralizar los contaminantes tanto metálicos como orgánicos mediante un sistema sencillo de encapsulado con cemento y aditivos. Con este procedimiento se logra generar un agregado apto para morteros y construcciones en general que presenta propiedades mecánicas aptas para tal fin. Finalmente se desarrollan propuestas de componentes constructivos y su respectivo proceso de producción y un análisis de ciclo de vida que permitió determinar su elegibilidad frente a otras alternativas.Item Hormigones con adiciones activas : diseño, optimización y caracterización con criterio de sustentabilidad(2015-03-18) Raggiotti, Bárbara Belén; Positieri, María Josefina; Fernández, Julio DanielHoy, el hormigón es uno de los materiales de construcción más ampliamente utilizados debido a su bajo costo, apropiadas características mecánicas y de durabilidad, así como su versatilidad para adoptar diversas formas y tamaños. Debido a la importancia del uso del hormigón como material de construcción y a su impacto en el ambiente como consumidor de grandes cantidades de recursos naturales y emisor de CO2 en la industria del cemento, es necesario desarrollar desde la ciencia de materiales mezclas que acompañen el crecimiento de la construcción al tiempo que consideren y tomen medidas que cuiden al ambiente; es decir desarrollar materiales energéticamente eficientes. En los últimos años el cuidado del medio ambiente y la reducción de costos de fabricación han sido tema de discusión en la mayoría de las industrias, por lo que en la industria del cemento portland se ha impulsado el uso de materiales suplementarios, naturales, residuales o subproductos que requieran menos energía de producción. En respuesta a esto y considerando los problemas medioambientales se propone en esta tesis investigar sobre hormigones con la incorporación de una zeolita natural como reemplazo parcial en distintos porcentajes del cemento en hormigones estructurales. La zeolita es un mineral disponible en el país, sin investigación previa a nivel local en mezclas cementicias, que tiene en su composición SiO2 y Al2O3 reactivos, lo que ofrece una actividad puzolánica potencial al contribuir a la resistencia del hormigón a través de la reacción con el Ca(OH)2 de la hidratación del cemento; por lo que la reactividad puzolánica de este material resulta muy interesante en el estudio de hormigones sustentables. Se presenta el estudio de la zeolita, su caracterización, su dosificación en las mezclas, los resultados de resistencia mecánica y de durabilidad de los hormigones, su discusión y conclusión. Se trabajó con dos tipos de cementos para evaluar su influencia y el porcentaje de zeolita de reemplazo en peso del cemento utilizado. En virtud de lo investigado, es posible incorporar zeolita natural como un nuevo material en la tecnología del hormigón, con el objeto de mejorar propiedades mecánicas y de durabilidad y como contribución al cuidado del medio ambiente y a la reducción de costos en la fabricación de hormigones debido a la factibilidad del menor consumo de cemento.Item Influencia de finos de perlitas para la fabricación de ladrillos y bloques.uso en viviendas sociales(2022) Burgos, Lucas Ramiro; Oshiro, Angel; Sastre de beca, María InésEn San Antonio de los Cobres, ubicado al oeste de la provincia de Salta, Argentina, los residentes recurren al uso de adobes (bloques macizos de arcilla) para construir sus casas. Dicha mampostería es realizada por los propios residentes de manera manual utilizando antiguas técnicas de construcción cuyo material principal es la arcilla. En la actualidad, este material resulta escaso en la región debido a la creciente demanda. Por otro lado, la explotación minera es la principal actividad económica en la zona, por lo que en las cercanías de la localidad hay plantas mineras que extraen el mineral perlita y durante la extracción, trituración y separación de las partículas por tamaño, generan desechos de partículas de menos de 150 micrones. En los últimos años el cuidado del medio ambiente y la reducción de los desechos han sido tema de discusión en la mayoría de las industrias, por lo que la reutilización de dichos desechos en elementos que pueden ser útiles para la sociedad colabora con la sustentabilidad que se busca. En respuesta a esto y considerando los problemas medioambientales se propone en esta tesis investigar sobre la elaboración de ladrillos macizos y bloques huecos con un alto contenido de residuos (70% en peso), cal hidratada y cemento Portland compuesto, elaborándolos de manera manual con una unidad de compactación CINVA-Ram. El objetivo del presente trabajo de investigación es analizar la posibilidad de reemplazar los ladrillos de Adobe con estos nuevos mampuestos. Dichos análisis seguirán pruebas que cumplan con las Normas IRAM (organismo oficial nacional de estándares para la República Argentina), como las pruebas de resistencia a la compresión y a la flexión, absorción, absorción capilar y conductividad térmica. Se observó que el residuo de perlita cruda es un material inerte pero que, a periodos largos en conjunto con el cemento y cal hidratada, aporta resistencias mecánicas en los mampuestos. Se fabricaron los mampuestos tanto en laboratorio como en el lugar a donde están destinados para observar si existen notables diferencias en las características de los mismos. En conclusión, los resultados de los mampuestos realizados en laboratorio como in situ indicaron que el ladrillo macizo de perlita estudiado presenta mejores propiedades físicas y mecánicas que los ladrillos de Adobe, pero no así los bloques huecos dejando abierta la posibilidad de mejorar las características de estos últimos.Item Material compuesto de plástico reciclado en la producción de perfilería para aberturas.(2020) González Laría, Julián; Gaggino, Rosana; Positieri, María Josefina; Kreiker, JerónimoLa presente investigación realiza un análisis de diferentes visiones teóricas sobre la tecnología, sus implicancias y limites, para determinar un marco teórico para el desarrollo tecnológico. En este caso aportar a la idea de las tecnologías sociales (TS) para un contexto inclusivo. A su vez, se propone el desarrollo de un material compuesto por plásticos reciclados de los residuos sólidos urbanos (RSU) evaluando su comportamiento, hasta obtener una formulación óptima y apta para su aplicación a la producción de prefilería para aberturas de construcción. El rubro de aberturas es actualmente central en la construcción del hábitat, por el impacto que genera en el consumo energético de los edificios y su costo económico. Pero es un tema infrecuente en la investigación en materiales de construcción, siendo relegado su desarrollo a las aplicaciones de la gran industria o high tech El material compuesto obtenido, a partir de polímeros plásticos de residuos 100% con una técnica de extrusión/inyección de simple aplicación, evidenció valores de resistencia mecánica mayores a 30 MPa en ensayos a compresión y 20 MPa a flexión, verificando a la normativa aplicable. A su vez, con el agregado de un 10% de aditivos ignífugos y carga mineral, fue un material autoextingible en ensayos de comportamiento al fuego, verificando en el nivel máximo. Finalmente, con el estudio del desempeño de prototipos fabricados, se obtuvieron resultados positivos de conductividad térmica, menor a perfiles comerciales comparables, y de estanqueidad al agua y al aire. También pudo verificarse, la aplicación positiva de las técnicas de carpintería tradicionales a los nuevos perfiles producidos. Los prototipos fueron fabricados, así como la matricería utilizada en el proceso, con técnicas de fabricación sencillas, al alcance de productores del sector local, del reciclado de los plásticos y de las carpinterías de aberturas. Estas y otras decisiones técnicas que se tomaron en el proceso, son la base para el desarrollo de una TS en una futura etapa. La presente tesis aporta el análisis de numerosas variables del desarrollo tecnológico y plantea una tecnología de código técnico abierto, que podrá complementarse en una producción a mayor escala de componentes, con los aportes futuros generados.Item Obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales empleando catalizadores sólidos nanoestructurados(2021) Sánchez Faba, Edgar Maximiliano; Eimer, Griselda Alejandra; Ferrero, Gabriel OrlandoMás allá de las ventajas ambientales que implica el uso del biodiesel como sustituto del diesel de petróleo, la industria actual todavía enfrenta numerosos desafíos. A pesar de las disposiciones legales existentes en Argentina, que fomentan la mezcla del petrodiesel con biodiesel mediante una tasa de corte obligatoria, reducir los costos del producto para hacerlo más competitivo continúa siendo un reto. Asimismo, el proceso catalítico homogéneo que se emplea consume grandes cantidades de agua y energía para la purificación del producto final, generando efluentes que precisan ser tratados antes de su disposición final. En consecuencia, surge como alternativa la catálisis heterogénea: la aplicación de un catalizador sólido no sólo reduciría la necesidad de varias etapas de purificación, sino que también permitiría su reutilización a lo largo de varios ciclos de reacción. Esto último resultaría ventajoso frente a los catalizadores en solución que se usan en el presente, que no pueden recuperarse y que, por ende, precisan ser tratados junto con el resto de efluentes. Con esta premisa, la presente tesis doctoral se enfoca al desarrollo de catalizadores sólidos nanoestructurados destinados a la producción de biodiesel de primera y segunda generación mediante procesos catalíticos heterogéneos alcalinos. Puesto que el sistema de poros nanométrico que poseen las sílices mesoporosas les otorga grandes superficies específicas y las convierte en soportes idóneos para la dispersión de especies activas, con este fin, se sintetizaron y caracterizaron catalizadores a base de SBA-15 modificada con sodio y cerio mediante impregnación húmeda. Se hizo especial énfasis en cómo las variables de síntesis afectan las propiedades morfológicas, estructurales y texturales de estos materiales, así como también en la naturaleza, distribución y fuerza básica de las especies metálicas incorporadas. La actividad de los catalizadores preparados se evaluó en la transesterificación de diferentes materias primas oleosas (aceites comerciales de girasol y de soja, usado de cocina, aceite ácido de las pastas de neutralización y de Jatropha hieronymi) con metanol absoluto como alcohol de cadena corta. Con el propósito de conseguir un producto que cumpliera con las normar internacionales de calidad, se optimizaron las condiciones de reacción y se realizó un estudio de las propiedades fisicoquímicas de los aceites para correlacionarlas con su comportamiento. Del mismo modo, se establecieron relaciones intrínsecas entre las propiedades fisicoquímicas de los catalizadores, su actividad y su capacidad para ser reutilizados. Estas correlaciones sumadas al análisis del efecto de los distintos parámetros de reacción permitieron inferir sobre las especies catalíticamente activas involucradas en el proceso. Para concluir, se presenta como avance la síntesis de un material híbrido inorgánico-enzimático capaz de catalizar tanto la reacción de transesterificación como la de esterificación. Esto último resulta de interés a la hora de trabajar con aceites con elevados contenidos de ácidos grasos libres y de humedad.Item Obtención de compuesto de titanio con gradiente de porosidad mediante técnica pulvimetalúrgica(2022) Grinschpun, Luciano Salvador; Oldani, Carlos; López Padilla, RogerEn el estudio de biomateriales de uso implantológico para la fabricación de distintos tipos de prótesis, el titanio es un metal que ha sido utilizado exitosamente debido a su buena resistencia a la corrosión y a su buena resistencia mecánica. A pesar de los avances realizados, aún subsisten algunos problemas con este material en aplicaciones de reemplazo óseo debido a la diferencia en el valor de módulo elástico de este metal (110 GPa) en relación al del hueso cortical (20-30 GPa) y al hueso trabecular (1-5 GPa). Esta diferencia es una de las causas por la cual los procesos de osteointegración de prótesis óseas no se mantienen en el tiempo debido al fenómeno de apantallamiento de tensiones (stress shielding). En este sentido una forma de atenuar este problema seria implantar materiales con un módulo elástico similar al del hueso. La pulvimetalurgia es una técnica económica usada en la fabricación de compuestos que permite controlar las características mecánicas de un compuesto mediante la introducción de poros en el material. Sinterizando por ejemplo una mezcla de titanio en polvo y agentes espaciadores que se eliminan durante el tratamiento térmico se puede obtener un material con estructura porosa donde modulando las variables inherentes a la generación de porosidad durante el proceso de fabricación se podría obtener un material con módulo elástico con valores dentro del rango de los que posee el hueso cortical. Ademas dada la versatilidad que presentan los procesos pulvimetalurgicos, es lógico pensar en la posibilidad de fabricar prótesis con gradiente de porosidad, imitando la estructura ósea. Otra de las problemáticas que se presentan en el uso de titanio para implantes es la incapacidad del mismo de inducir los procesos biológicos de osteointegración en tiempos cortos que aseguren una rápida fijación del material al hueso. Existen distintas propuestas para mejorar este problema. Una es la incorporación de hidroxiapatita con el fin de activar los fenómenos de osteointegración, sin embargo, la hidroxiapatita se descompone en presencia de titanio a las temperaturas usuales de sinterización indicadas para este metal. En este trabajo se exponen los resultados obtenidos en la fabricación de un compuesto de titanio con gradiente de porosidad radial sinterizado a partir de una mezcla de hidruro de titanio y bicarbonato de amonio. El proceso se llevó a cabo en condiciones tales que permitió la incorporación de hidroxiapatita al compuesto. Para la obtención de las muestras se estudiaron distintas variantes de fabricación en las distintas etapas del proceso pulvimetalurgico: mezcla de polvos, prensado para la fabricación de modelos en verdes y tratamientos térmicos de sinterizado. El material obtenido se caracterizó mecánicamente mediante ensayo de compresión estática. En el compuesto con porosidad radial obtenido en este trabajo se midieron valores de módulo elástico en el rango de 16,4 a 20 GPa, valores comprendidos dentro del rango de módulo elástico del hueso cortical. La caracterización física de la porosidad superficial indicó un tamaño de poro apto para la fijación de células óseas. Los resultados de los ensayos in-vivo realizados en ratas de la cepa Wistar mostraron un bajo índice de encapsulamiento fibroso en la interfase compuesto-tejido óseo, señal de una buena aceptación del material por parte del organismo. Los resultados de estos estudios mostraron además crecimiento óseo sobre la superficie del compuesto y en el interior del material con porosidad interconectada, lo que indica una buena respuesta al proceso de osteointegración en los primeros estadios del proceso.Item Pirólisis catalítica de cáscaras de maní para la obtención de productos químicos de interés(2020) Fermanelli, Carla Soledad; Pierella, Liliana Beatriz; Saux, ClaraEn las siguientes páginas se presenta el estudio de la pirólisis catalítica de la cáscara de maní, como una alternativa de valorización de este residuo. La cáscara de maní constituye el principal desecho de la industrialización de la oleaginosa. Siendo Argentina el primer exportador mundial de maní, el país presenta una elevada disponibilidad de esta biomasa residual. El objetivo del presente trabajo es lograr la valorización de la cáscara de maní mediante procesos químicos catalíticos obteniendo productos de alto valor agregado e intermediarios de síntesis orgánicas. En el Capítulo I se presentan los posibles tratamientos de valorización de este residuo, tanto para la producción de energía, como para la generación de biocombustibles o de productos de mayor valor agregado. Entre las opciones estudiadas, la pirólisis de biomasa y la fabricación de carbón activado se presentaron como alternativas superadoras. El Capítulo II presenta los objetivos de este trabajo de tesis y la metodología empleada para alcanzarlos. En el Capítulo III se resumen los resultados de la caracterización física y química de la biomasa, determinando el contenido de cenizas, volátiles y carbono fijo, así como el comportamiento térmico y el Poder Calorífico Superior (PCS). También se determinaron la composición elemental (contenido de Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre); las proporciones de biopolímeros (hemicelulosa, celulosa, lignina) y el contenido de hierro, calcio, silicio, potasio y aluminio. Morfología superficial, cristalinidad y grupos funcionales superficiales también fueron estudiados y caracterizados. Con los resultados de caracterización, en el Capítulo IV se presenta el estudio de la pirólisis térmica de la cáscara de maní para la generación de bio-oil, bio-gas y bio-carbón. Las reacciones se realizaron en un reactor de vidrio de lecho fijo a 5O0 °C. Se estudiaron los rendimientos de las diferentes fracciones, así como también la composición del bio-oil en cuanto a selectividad hacia hidrocarburos y compuestos de interés en la industria química fina. En relación a la fracción sólida, se estimaron los valores de Poder Calorífico Superior y área superficial BET. Con la finalidad de mejorar los resultados obtenidos mediante el proceso pirolítico puramente térmico, en el Capítulo V se presenta la síntesis y caracterización de zeolitas tipo ZSM-5, ZSM 11, Beta e Y. Estos materiales se modificaron mediante la incorporación de especies metálicas, con la finalidad de mejorar su actividad. En el Capítulo VI se presenta la evaluación de la actividad de las zeolitas sintetizadas, sobre la pirólisis catalítica de la cáscara de maní. Entre los parámetros estudiados se encuentran: balance de masas de los productos de reacción, composición del bio-oil y determinación de coque en los diferentes catalizadores. El efecto de zeolitas en forma protónica, mono y bimetálicas fue analizado en detalle, así como también la actividad catalítica de zeolitas naturales tipo clinoptilolitas. El furfural constituye una molécula plataforma de interés, cuya presencia fue observada en pirólisis térmicas y catalíticas. La oxidación de este compuesto puede dar origen a productos de mayor valor agregado. En este sentido, en el Capítulo VII se presenta la evaluación de la v actividad de zeolitas ZSM-5, ZSM-11, Beta e Y modificadas con Cu, sobre la oxidación de furfural en medio acuoso con peróxido de hidrógeno. Para dar un cierre a la valorización de las diferentes fracciones de la pirólisis, el Capítulo VIII presenta la síntesis de carbones activados tomando como materia prima para el proceso, el biocarbón producido durante la pirólisis. Por último, el Capítulo IX presenta las conclusiones arribadas como resultado de este trabajo de tesis.