UTN -FRC -Producción Académica de Investigación y Desarrollo - Comunicaciones a Congreso
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Item Degradación de herbicidas por el proceso tipo foto-Fenton heterogéneo empleando materiales mesoporosos modificados con Ni(2017) Carraro, Paola; Benzaquén, Tamara; Galla, Agustina; Alfano, Orlando; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda Alejandran La actividad agrícola de nuestra región ha intensificado en las últimas décadas la demanda de agroquímicos destinados al control de plagas, con el fin de maximizar los rendimientos de cosecha. Debido a esto se han convertido en los productos químicos industriales de mayor demanda en el mercado nacional. Estos compuestos son uno de los agentes principales que han permitido alcanzar los actuales rendimientos de la economía nacional. Sin embargo, dada su toxicidad intrínseca y persistencia ambiental, tanto en aguas superficiales como subterráneas, terminan generando un serio problema de contaminación y riesgo para la salud del hombre y del ecosistema. En los últimos años, los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO’s) han sido ampliamente utilizados para la destrucción y la mineralización de contaminantes orgánicos no biodegradables en las aguas residuales. Diferentes investigaciones revelan que las estructuras mesoporosas son preferibles para la degradación agroquímicos. En este trabajo se sintetizaron silicatos mesoporosos del tipo MCM-41 modificados con níquel mediante el método de impregnación húmeda y el método de incorporación directa seguido de tratamiento hidrotérmico (HT). Las diferentes meso-estructuras obtenidas se caracterizaron mediante DRX, isotermas de adsorción-desorción de N2 a 77 K, UV-Vis DRS y se estudió su comportamiento como catalizadores heterogéneos en la reacción tipo foto-Fenton.Item Estudio de la interacción entre adsorbentes tipo mcm-41 modificados con metales de transición por diferentes métodos y un fármaco modelo seleccionado como adsorbato(2017) Cuello, Natalia; Elías, Verónica; Mendieta, Silvia; Longhi, Marcela; García, Sebastián; Crivello, Mónica; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraSe sintetizaron tamices moleculares del tipo MCM-41 modificados con metales de transición por un método directo y un método post-síntesis. Su estructura altamente ordenada fue verificada por DRX e isotermas de adsorción-desorción de N2. En tanto, el contenido de metal se obtuvo por ICP. Luego se incorporó una droga modelo, Indomentacina, por impregnación para evaluar la capacidad de adsorción y desorción de los materiales. De este modo, se analizó la relación entre el método de síntesis y las propiedades adsorbentes, resultando que el método de incorporación directa (1 paso) es el más apropiado para este fin. Este hecho, se explica por la mayor presencia de grupos silanoles en la superficie de estos materiales verificada por la intensa banda a 3740 cm-1 observada en los espectros IR-TF.Item Nanostructured mesoporous materials modified with nickel for alternative energy and environmental applications(2017) Carraro, Paola; Benzaquén, Tamara; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraNickel modified mesoporous silicas with MCM-41 structure were prepared by direct hydrothermal synthesis with Si/Ni molar ratio = 20 and 60 in the synthesis gel and increased days of synthesis from 0 to 7 days. Various characterization techniques including XRD, N2 adsorption at 77 K, TEM, SEM, ICP-OES, UV-Vis DRS, TPR, FT-IR and adsorption of pyridine coupled to FT-IR spectroscopy were conducted in order to study the textural, structural and chemical properties of the materials. The effect of Ni loading on the textural, structural, adsorbing and catalytic properties of the materials was investigated. The samples presented well-ordered hexagonal structure; however, the structural ordering appears to be slightly decreased when increasing the hydrothermal treatment days. A hydrothermal treatment time of 3 days appears optimum to obtain a good ordering and Ni species incorporation into the structure. Longer hydrothermal treatment times decreased the degree of ordering structural, giving account for the restructuration and reorganization of the network. Thus, combined characterization results indicate that the synthesis time has an important influence on the textural, structural and chemical properties of the nickel modified mesoporous silica. Hydrogen adsorption capacity of Ni-containing mesoporous materials modified with nickel was measured at 77 K up to 10 bar. The results demonstrated that the sample with a molar ratio Si/Ni = 60 and without hydrothermal treatment presented the highest hydrogen adsorption, probably due to their SBET and the presence of highly dispersed nickel species on the support . Besides, the mesostructured nickel-containing catalysts have been successfully proved in Atrazine degradation by the heterogeneous photo-Fenton process in aqueous solutions. As a result of this, the sample with nickel loading of 1.6 wt. % (Ni(60)0) allowed to reach values of the pollutant degradation about of 60.3 %. In conclusion, the nickel incorporation into the mesoporous framework presents the option of developing materials versatile and efficient for to be employed in energy and environmental applications.Item Materiales nanoestructurados modificados con Ni para la degradación de herbicidas(2017) Carraro, Paola; Benzaquén, Tamara; Negretti, Franco; Alfano, Orlando; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraLa actividad agrícola de nuestra región ha intensificado en las últimas décadas la demanda de agroquímicos destinados al control de plagas, con el fin de maximizar los rendimientos de cosecha. Debido a esto se han convertido en los productos químicos industriales de mayor demanda en el mercado nacional. Estos compuestos son uno de los agentes principales que han permitido alcanzar los actuales rendimientos de la economía nacional. Sin embargo, dada su toxicidad intrínseca y persistencia ambiental, tanto en aguas superficiales como subterráneas, terminan generando un serios problemas de contaminación y riesgo para la salud del hombre y del ecosistema. En los últimos años, los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO’s) han sido ampliamente utilizados para la destrucción y la mineralización de contaminantes orgánicos no biodegradables en las aguas residuales. Diferentes investigaciones revelan que las estructuras mesoporosas son preferibles para la degradación de agroquímicos. En este trabajo se sintetizaron silicatos mesoporosos del tipo MCM-41 modificados con níquel mediante el método de impregnación húmeda (Ni/MCM-41(x), donde “x” corresponde al % de metal en %p/p) y el método de incorporación directa seguido de tratamiento hidrotérmico “TH” (Ni(x)y, donde “x” es la relación molar Si/Ni (20 o 60) e “y” es el tiempo de tratamiento hidrotérmico: 0 a 7 días). Se utilizó nitrato de níquel Ni(NO3)2.6H2O como fuente de metal. Las diferentes meso-estructuras obtenidas se caracterizaron mediante difracción de rayos X, isotermas de adsorción-desorción de N2 a 77 K, espectroscopia UV visible con reflectancia difusa y se estudió su comportamiento como catalizadores heterogéneos en la reacción tipo foto-Fenton, utilizando un fotorreactor cilíndrico de vidrio borosilicato rodeado de 4 lámparas UV-visible a temperatura ambiente y con un pH cercano al neutro. Se discute la influencia del método de síntesis, propiedades estructurales, texturales y químicas de los materiales estudiados, con el objetivo de mejorar su estructura para su utilización en la degradación agroquímicos. En los patrones de difracción de rayos X se observó que todos los materiales poseen estructura mesoporosa altamente ordenada tipo MCM-41, con poros distribuidos en arreglo hexagonal. En el caso de las muestras sintetizadas por el método de impregnación, se observó una perdida relativa del ordenamiento estructural al aumentar la carga de níquel. Del mismo modo, en las muestras sintetizadas por el método hidrotérmico, para tiempos de TH mayores a 3 días, se observó una disminución del ordenamiento estructural. Por lo tanto, a pesar de que la mesoestructura se formó sin TH (0 días), una mejora notable en el orden estructural se logró cuando las muestras fueron tratadas hidrotérmicamente. Un tiempo de tratamiento hidrotérmico de 3 días parece ser el óptimo para obtener una mejor estructura. Así, el tiempo de síntesis tiene un efecto considerable sobre la regularidad estructural de estos materiales. Por otro lado, la regularidad estructural de los materiales se corroboró mediante isotermas de adsorción-desorción de N2. Todas las muestras mostraron isotermas de tipo IV, típicas de estructuras mesoporosas, las cuales presentan un bucle de histéresis tipo H4 de acuerdo con la clasificación de la IUPAC, con ramas paralelas y casi horizontales. Además, todas las muestras presentaron alta superficie específica (SBET) y volumen de poros (VTP), típicos de materiales mesoporosos. Sin embargo, una ligera disminución de estos valores se observa tanto en las muestras Ni/MCM-41 con las mayores cargas de Ni y en las muestras sintetizadas por el método de incorporación directa, al aumentar los días de TH. Por espectroscopia UVVis se infirió en la presencia de distintas especies de Ni en las estructuras mesoporososas. La Figura 1.a y b muestra la degradación del herbicida atrazina en función del tiempo de las muestras para los materiales sintetizados, manteniendo constante el resto de las variables de reacción (la concentración inicial de catalizador, la concentración de H2O2 adicionada y la radiación). Como se puede observar, un incremento de la carga del metal arrojó un aumento en la actividad del material para las muestras sintetizadas por el método de impregnación húmeda, así con la muestra Ni/MCM-41(15) se alcanzó aproximadamente un 70 % de degradación del contaminante. Mientras que, en el caso de las muestras sintetizadas por síntesis hidrotérmica este comportamiento no se mantuvo, obteniéndose una mejor actividad catalítica en las muestras con relación Si/Ni=60. Por otro lado, las muestras sin TH mostraron una actividad ligeramente mayor a igual contenido de metal. Por lo cual, se demuestra con estos resultados que el empleo de otras especies de metales de transición distintas al hierro, constituye un campo de investigación que ofrece posibles soluciones en el diseño de nuevos catalizadores para la aplicación de la reacción tipo foto-Fenton, a la oxidación de compuestos orgánicos en medio acuoso.Item Estudio cinético de los perfiles de liberación de indometacina incorporada en materiales nanoestructurados tipo mcm-41 modificados con metales de transición por diferentes métodos(2017) Cuello, Natalia; Elías, Verónica; Mendieta, Silvia; Longhi, Marcela; Mutal, Rubén; Crivello, Mónica; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraLos materiales nanoestructurados del tipo MCM-41 son adsorbentes conocidos desde 1992. Múltiples estudios indican que cuando se incorporan metales de transición, los mismos adquieren propiedades específicas que amplían sus potenciales aplicaciones. En este trabajo se presenta un avance sobre la diferente capacidad de adsorción de un fármaco en estos materiales modificados por diferentes métodos y su posterior liberación en un medio corporal simulado. Luego de sintetizar el tamiz molecular mesoporoso del tipo MCM-41, dos muestras fueron modificadas por el Método de impregnación húmeda (IH) [1-2] con una carga teórica correspondiente a 1%p/p de Fe y 2,5% p/p de Co, obteniéndose las muestras Fe/IH(0,93) y Co/IH(2,20) respectivamente. Para obtener los materiales del tipo Fe-MCM-41 por un método directo se utilizó el procedimiento reportado en [3]. En esta ocasión el gel de síntesis se dividió en dos alícuotas; a una de ellas se le aplico un tratamiento hidrotèrmico (TH) a 100 °C durante 1 día. Las muestras se denominaron: Fe-ID(6,27) y Fe-ID(6,27)TH que corresponden a la muestra sin y con tratamiento hidrotérmico. La estructura altamente ordenada de todas las muestras fue verificada por DRX e isotermas de adsorción-desorción de N2. En tanto, el contenido de metal de cada muestra se obtuvo por ICP en [1-3]. Luego se incorporó Indomentacina (IN) por impregnación; las muestras se renombraron como: Fe/IH(0,93)/IN, Co/IH(2,20)/IN, Fe-ID(6,27)/IN, Fe-ID(6,27)TH/IN y MCM-41/IN. Además se realizaron estudios de liberación de IN en una disolución tampón de pH 7,4 a 37°C en un equipo Disolutor Hanson Research. La toma de muestra se realizaron cada 15 minutos la primer hora y luego cada 30 minutos, hasta completar las 8 horas de ensayo. Cada muestra se filtró con un microfiltro Biopore de 0,45 μm y se analizó el contenido de IN por medio de la técnica UV-Vis RD. Los perfiles de liberación obtenidos, fueron ajustados con la ecuación propuesta por Peppas y Sahlin en 1989 (Ec. 1) donde n es el exponente de difusión Fickian para un sistema con cualquier forma geométrica. %Q = K1.t^n + K2.t^2n (Ec. 1) La ecuación es la sumatoria de dos términos en donde el primero representa la contribución del mecanismo Fickiano y el segundo representa la contribución al mecanismo de relajación de cadenas poliméricas. El hecho de que los ajustes arrojaran valores de n~0,6 para las formulaciones de MCM-41-IN, Fe-M(20)0d-IN y Fe-M(20)1d-IN, indica una difusión anómala o “no Fickiana” para los mismos, probablemente debido a la interacción entre el fármaco y el soporte. Es bien conocido que la interacción química de estos materiales con el fármaco se debe a la presencia de silanoles en la superficie que forman puentes hidrogeno con los grupos carbonilo y carboxilos de la Indometacina. Por otra parte, se corroboró por espectroscopia Infrarrojo que los soportes modificados por el método de incorporación directa poseen una mayor disponibilidad de los grupos silanoles. Esto explicaría su mayor capacidad de adsorción y su mayor lentitud para la liberación del mismo. Por otro lado los valores de n para Fe/M(1)-IN y Co/M(2,5)-IN de ~0,45 son concordantes con una predominancia del mecanismo de difusión Fickiana, lo cual corresponde a una menor o inexistente interacción química entre principio activo y matriz esto coincide con la menor disponibilidad de grupos silanoles disponibles observadas en estas muestras modificadas por el método post-sintesis.Item Heterogeneous photo-fenton process with iron modified MCM-41 materials for the degradation of atrazine(2017) Benzaquén, Tamara; Di Benedetto, Yanina Vanesa; Alfano, Orlando; Cuello, Natalia; Eimer, Griselda AlejandraAlthough wastewater treatment with conventional biological processes are often the most cost-effective alternative of all treatment options, different industrial wastewaters containing toxic or biorecalcitrant organic pollutants cannot be treated with these processes [1]. In recent years, to overcome this drawback, the applications of Advanced Oxidation Processes (AOP’s) have emerged as an important alternative for the efficient removal of organic pollutants [2]. In this work, MCM-41 materials have been synthesized and modified with different metal loadings of iron by the wet impregnation method. The different meso-structures obtained were characterized by XDR, UVVIS-RD, ICP and TEM and their behaviors as heterogeneous catalysts in the photo-Fenton reaction were studied. Thus, iron-containing mesostructured materials have been successfully tested for the heterogeneous photo-Fenton degradation of atrazine (ATZ) aqueous solutions using UV-visible irradiation at room temperature and close to neutral pH. Photo-Fenton tests were carried out in an isothermal, batch reactor (VR=85 cm3) made of borosilicate glass tube, with four tubular UV-Vis lamps (ACTINIC BL 20, Philips). The system included a sintered glass piece placed at the bottom through which an air flow was introduced to provide good mixing conditions. Also, the experimental setup had an all-glass heat exchanger connected to a thermostatic bath. As a result, it was shown that when the Fe content was 2.5 wt.% the pollutant degradation reached a maximum value. Then, in order to compare the effects of the most significant operating variables (initial catalyst concentrations (C0Fe/MCM-41(2.5)), H2O2 to ATZ initial molar ratios (R) and radiation levels (RAD)) on atrazine degradation, a study of the photonic efficiency is presented. The photonic efficiency of atrazine degradation was evaluated considering different experimental conditions employed two factorial designs (one for RAD=100% and the other for RAD=50%). Optimal values of R and C0Fe/MCM-41(2.5) were detected for the two radiation levels studied. Thus, it was demonstrated that the photonic efficiencies were negatively affected by an increase of initial H2O2 concentration above R=175 and of initial catalyst concentration above 1 g L-1. In addition, the efficiency of the system is not significantly improved by an increase of the levels of UV-radiation for R=350. Finally, the evolution in the iron speciation on solids for different metal loadings was also investigated. Several iron species were detected and, nature, dispersion and size of such species, was correlated with the different catalytic behaviors of the nanocomposites. It was found that iron oxide nanoparticles increased in amount and size when the Fe loading was increased (5, 10 and 15 wt.%) indicating a possible blocking of isolated Fe+3 species responsible for the activity of the solid (active sites). Consequently, the Fe/MCM-41(2.5) appears as a very promising catalyst for a heterogeneous photo-Fenton process of pre-treatment, capable of enhancing the biodegradability of water contaminated with biorecalcitrant chemicals, as the herbicide atrazine.Item Materiales mesoporosos ordenados de sílice MCM-41 modificados con Ni: adsorbente de H2 y fotocatalizador para la degradación de herbicida.(2017) Carraro, Paola; Benzaquén, Tamara; Alfano, Orlando; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraLos materiales mesoporosos ordenados han atraído un importante interés en muchas áreas de la ciencia debido a sus características estructurales únicas. Los tamices moleculares de sílice del tipo MCM-41 presentan alta área superficial (>1000 m 2 /g) con un arreglo hexagonal de poros unidimensionales cuyos diámetros pueden controlarse entre 2 y 10 nm. La capacidad de estos materiales mesoporosos para ser utilizados en Procesos de Oxidación Avanzada (PAOs) heterogéneos o para actuar como adsorbentes de gases depende del diámetro de poro del material y de las modificaciones químicas de su superficie. En el presente trabajo, se prepararon materiales mesoporosos modificados con Ni mediante el método de incorporación directa seguido de tratamiento hidrotérmico (HT), con una relación molar Si/Ni = 20 y 60, y tiempos de síntesis crecientes de 0 a 7 días. Se evaluó la influencia del método de síntesis sobre las propiedades estructurales, texturales y químicas. Las estructuras obtenidas se caracterizaron mediante diferentes técnicas de caracterización; y se evaluaron en la adsorción de H2 a 77 K y 10 bar, y se estudió su comportamiento como catalizadores heterogéneos en la reacción tipo Foto-Fenton.Item Síntesis de materiales del tipo mcm-41 modificados para su aplicación como portadores de indometacina(2016) Cuello, Natalia; Elías, Verónica; Mendieta, Silvia; Crivello, Mónica; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraSe prepararon tamices moleculares del tipo MCM-41 modificados con metales de transición por diferentes métodos de síntesis. Se corroboró su calidad estructural y propiedades fisicoquímicas por medio de medidas de difracción de rayos x (DRX), isotermas de adsorción-desorción de N2, espectroscopias Ultravioleta Visible (UV-Vis) e infrarrojo (FT-IR). Se realizaron medidas de momento magnético en función del campo magnético aplicado utilizando un magnetómetro de muestra vibrante (VSM), encontrándose en todos los casos la respuesta superparamagnética deseada. Posteriormente se incorporó Indometacina en todos los materiales anfitriones y se evaluaron sus capacidades de adsorción y liberación. Todas las formulaciones mostraron velocidades de liberación superiores a la de la matriz pura, debido a la presencia de nanopartículas y nanoclusters de óxidos presentes en el interior de los poros. Además se observó que los materiales modificados post-síntesis disminuyeron su capacidad de adsorción y aumentaron su velocidad de liberación (respecto a la matriz sin modificar) debido a una menor disponibilidad de grupos silanoles que interactúan con las moléculas del fármaco. Este hecho conduce a que el mecanismo de difusión predominante para estas muestras sea la difusión del tipo Fick. Por otro lado, los soportes modificados por el método de incorporación directa poseen (como se corroboró por espectroscopia IR) una mayor disponibilidad de los grupos silanoles que pueden formar enlaces puente hidrógeno con los grupos carboxilo y carbonilo de la Indometacina. Esto explicaría su mayor capacidad de adsorción del fármaco y su mayor lentitud para la liberación del mismo. Estas últimas resultan ser las más adecuadas para el objetivo de estudio de éste trabajo, ya que poseen buenas propiedades de adsorción y liberación, similares a la matriz MCM-41 pura, pero con las propiedades magnéticas buscadas.Item Effect of hydrothermal treatment on the materials MCM-41 type modified iron for drug delivery(2016) Cuello, Natalia; Elías, Verónica; Mendieta, Silvia; Longhi, María; Oliva, Marcos Iván; Crivello, Mónica; Eimer, Griselda AlejandraSynthesis of MCM-41 having magnetic elements embedded inside has been researched in order to develop very interesting drug-delivery systems. In this work, MCM-41 nanostructured materials modified with iron were synthesized using the direct synthesis method (DI) and a hydrothermal treatment (HT) was applied [1]. Due to that silanol groups can form hydrogen bridge bonds with the carboxyl and carbonyl groups of indomethacin (IN), the silanol groups density on the support was analyzed by IR spectroscopy. Then, the drug was incorporated into both iron modified samples and into the pure MCM-41 and their release profiles were evaluated "in vitro" using simulated body fluid as medium. All modified materials have faster profiles than the pure silica matrix. This could be due to the presence of nanospecies of oxides inside channels that might increase the steric diffusion resistance. Thus, the drug could diffuse through the channels of the modified material with less freedom that through those of MCM-41. However, the sample modified with iron by this method with HT have a behavior similar to that of MCM-41 possibly due to the refiner effect of HT on the nanospecies size. In addition, materials with HT have an increased availability of silanol groups capable to interact with the indomethacin. This would explain their high drug adsorption capacity and the slow drug release rate. Then, this solid have good properties of adsorption and release, similar to that of the parent pure MCM-41 and simultaneously their modification with iron nanospecies leads to materials with superparamagnetic behavior.Item Studies of hydrogen adsorption on ni-modified mcm-41 mesoporous materials.(2016) Carraro, Paola; García Blanco, Andrés; Soria, Federico; Lener, Germán; Sapag, Karim; Oliva, Marcos Iván; Eimer, Griselda AlejandraMCM-41 mesoporous materials were prepared modified with different Ni contents, as promising materials for hydrogen storage. The final materials were reduced for studying the metallic nickel effect. The Ni/MCM-41 samples were characterized for different experimental techniques such as TPR, XRD and N2 adsorption-desorption. The hydrogen storage capacity of the materials was evaluated at 77 K and room temperature, and at low and high-pressure conditions respectively. In this study, we focused on the role of dispersed nickel as a way of promoting the interaction with hydrogen as an alternative to improve hydrogen storage materials. The results obtained show that the amount of hydrogen stored was highly enhanced by the dispersion of small amounts of Ni nanoparticles both at 77 and 298 K, indicating that these materials could be used for hydrogen storage in cryogenic and room temperature conditions.