FRC-Tesis Doctoral Mención Química
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Item Desarrollo de sistemas catalíticos para la obtención de bioproductos químicos de fuentes renovables(2020) Mayer, Sergio Federico; Falcón, Horacio; Alonso, José AntonioEn el presente Trabajo de Tesis se propone la optimización de sistemas de reacción y el diseño de materiales catalíticos para la obtención de productos químicos de valor agregado a partir de materias primas de origen renovable; más específicamente, en la obtención de 5‑hidroximetilfurfural a partir de fructosa mediante catálisis ácida heterogénea. En «Introducción» se elabora un marco teórico y un estado del arte para contextualizar la labor aquí desarrollada, donde se exponen los avances más significativos en la materia, además de definir ciertos conceptos clave para una comprensión más cabal del contenido. En «Justificación y Objetivos» se manifiesta de manera sintética la motivación de este Trabajo de Tesis, y se proponen sus objetivos generales y específicos. En el capítulo «Métodos experimentales» se describen los equipos e implementos utilizados para los diferentes estudios catalíticos, y se definen las técnicas instrumentales de caracterización, y los métodos empleados en las síntesis realizadas. Los capítulos «Síntesis y Caracterización de Materiales» y «Reacciones Catalíticas» mencionan los antecedentes más notables en materia de síntesis de materiales y estudios catalíticos, respectivamente, y detallan las tareas llevadas a cabo en el curso de esta investigación, junto con los resultados a los que se ha arribado, con su discusión y conclusiones independientes. Finalmente, un capítulo de «Conclusiones Generales» resume sintéticamente los resultados más significativos de este Trabajo de Tesis. La unidad «Referencias» reúne toda la bibliografía citada en este documento, en orden alfabético. En el último capítulo, «Apéndice», se expone la producción científica generada a partir de esta investigación, y finaliza con los estudios que podrían llevarse a cabo a futuro para culminar las labores aquí desempeñadas.Item Evaluación de la biorremediación de efluentes industriales/municipales con consorcios de microalgas-bacterias promotoras del crecimiento, aprovechando la biomasa generada para producir compuestos orgánicos de alto valor agregado(2020) Cuello, María Carolina; Chamorro, Ester R.; Moheimani, Navid R.Hoy en día, nos enfrentamos ya a una importante escasez de agua dulce, lo que amenaza la sostenibilidad del desarrollo humano, las estimaciones indican que la demanda mundial de agua dulce aumentará en un 55% para 2050, principalmente debido a la creciente demanda en las actividades de manufactura (400%), la generación de electricidad térmica (140%) y el uso doméstico (130%) (FAO 2012). Por otra parte, la gran cantidad de líquidos residuales de origen agrícola-ganadero y las aguas residuales de ciudades en crecimiento, están contaminando los cursos de agua más rápidamente de lo que la naturaleza puede remediarlas (Abdel-Raouf, Al- Homaidan et al. 2012). Las microalgas, microorganismos unicelulares, fotosintéticos, eucarióticos y procarióticos, que pueden crecer en una amplia variedad de condiciones, tienen mayor eficiencia que las plantas terrestres para la captación de dióxido de carbono y el aprovechamiento de la luz solar, por lo que tienen una mayor productividad en términos de biomasa y metabolitos y, además pueden metabolizar eficientemente los nutrientes de varias corrientes de efluentes (aguas residuales municipales, agrícolas e industriales) y producir numerosos compuestos valiosos como proteínas, carbohidratos y lípidos. En este trabajo se evaluó la viabilidad del cultivo de las microalgas Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa, solas y consociadas con la bacteria promotora del crecimiento de plantas Azospirillum brasilense, en mezclas de Suero Ácido de Queso y Purín Vacuno y, la proporción de estas dos corrientes de aguas residuales en las que simultáneamente se logran las mejores tasas de remoción de nutrientes y la mayor producción de bioproductos (biomasa, metabolitos de interés comercial) en cultivos abiertos al exterior. En primer lugar, se realizó la selección o screening en condiciones controladas de laboratorio para seleccionar las condiciones más convenientes para el crecimiento de las microalgas Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa, en Purín Vacuno y Suero Ácido de Queso. Luego se evaluó la capacidad de remoción de nutrientes por parte del cultivo de las microalgas en consorcio con la bacteria promotora del crecimiento Azospirillum brasilense, la productividad volumétrica de biomasa algal y la composición bioquímica de dicha biomasa (es decir, el contenido de carbohidratos, lípidos y proteínas) para los cultivos. vi Finalmente se estudió el co-cultivo en modo semicontinuo, en estanques abiertos al exterior, en las condiciones optimizadas. Se encontró que las microalgas fotoautotróficas Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa se adaptan y crecen en los efluentes de la industria láctea, a saber, Purín Vacuno y Suero Ácido de Queso. La opacidad del Purín Vacuno, su alto contenido en nitrógeno amoniacal, el alto contenido de sólidos suspendidos totales, así como el bajo pH del Suero Ácido de Queso y el rápido descenso del mismo por acción de las bacterias lácticas cuando el efluente no es esterilizado ni diluido, y su bajo contenido de nitrógeno en relación al fósforo (Relación N:P 1,8:1) en comparación con la proporción óptima para el crecimiento microalgal (Relación óptima N:P 16:1) (Redfield 1958), son los principales factores que retrasan el crecimiento de Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa en los mismos. El resultado óptimo de crecimiento microalgal y depuración simultáneas, se alcanzó en mezclas de 50% Purín Vacuno y 50% Suero Ácido de Queso (v/v). Los consorcios Scenedesmus dimorphus-Azospirillum brasilense y Chlorella pyrenoidosa-Azospirillum brasilense fueron estudiados por primera vez consociados de manera programada sin estar co-inmovilizados en microcápsulas de alginato, en este estudio. Los resultados indican que el consorcio Chlorella pyrenoidosa- Azospirillum brasilense, es de beneficio para el crecimiento de la microalga, sobre todo en condiciones adversas al exterior. Esto no ocurre para Scenedesmus dimorphus en consorcio con la misma bacteria. Además, esta microalga mostró una escasa tolerancia a bajos pH y altas temperaturas y, sobre todo, inhabilidad para competir con Chlorella pyrenoidosa en las condiciones cambiantes de los cultivos al exterior. En resumen, este estudio muestra que es posible cultivar Chlorella pyrenoidosa exitosamente y ésta, consociada con una bacteria promotora de crecimiento o sin ella, es capaz de crecer en efluentes de la industria láctea, tales como el Purín Vacuno y el Suero Ácido de Queso, sin esterilizar, ni diluir, ni agregar nutrientes, lo que además de remover contaminantes de los mismos, disminuye la huella hídrica, de carbono y energética, de un cultivo tradicional de microalgas. Además, los extractivos lipídicos de la biomasa algal obtenida, contienen biomoléculas de alto valor agregado que justifican su aislamiento de la biomasa algal tanto o más que las grasas y aceites a los cuales acompañan.Item Barreras reactivas permeables como reactores químicos para remediación de aguas subterráneas impactadas con BTEX y MTBE(2020) Pepino Minetti, Roberto; Britch, Javier; Macaño, HéctorEste trabajo de tesis presenta un estudio sobre la aplicación de una cupla de oxidantes químicos integrados con otros materiales de manera tal de poder ser aplicado como relleno de barreras reactivas permeables. Dicho sistema ha sido desarrollado para el tratamiento de aguas subterráneas impactadas principalmente con compuestos orgánicos provenientes de derrames de naftas. Uno de los oxidantes, el ferrato de potasio, es un oxidante químico novedoso, por dicho motivo se sintetizó en laboratorio a través de diferentes vías: húmeda, seca y electroquímica. Posteriormente, se estudiaron las propiedades de interés más importantes del ferrato de potasio como ser: su estabilidad en el medio acuoso, su capacidad para degradar BTEX y MtBE disueltos en agua y el efecto de la variación del pH del medio. A continuación, se estudió el comportamiento conjunto del ferrato de potasio y del persulfato de sodio, siendo el persulfato el último compuesto químico en ser empleado en remediación de agua subterránea por oxidación química in situ en la actualidad. Se desarrolló luego un pellet constituido por carbón activado, ligante cementicio, caolín y ambos oxidantes. Dicho pellet fue ensayado como relleno de barreras reactivas permeables considerando sus propiedades estructurales, su capacidad de adsorción y degradación de BTEX y MtBE. Para finalizar, se identificaron las principales características hidrogeológicas a considerar en el diseño de una barrera, que sumadas al desarrollo matemático de los principales fenómenos fisicoquímicos que suceden dentro de la misma, permitieron plantear un procedimiento de diseño de barreras reactivas permeables como si se tratase de un reactor químico.