Facultad Regional Córdoba

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    Pirólisis catalítica de biomasa de un residuo agrícola sobre zeolita ZSM-11 modificada con Níquel
    (2017) Fermanelli, Carla S.; Rocha, María V.; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    Se estudió la pirólisis catalítica de cáscaras de maní (Arachis hipogaea) en un reactor de lecho fijo que integra los procesos de pirólisis y craqueo catalítico. Se analizó el efecto de los catalizadores sobre la composición del bio-oil, incorporando diferentes cantidades de Níquel a zeolitas ZSM-11, por el método de impregnación húmeda. Las experiencias se realizaron con cargas de metal en un rango desde 1% a 10% p/p. Estos materiales fueron exhaustivamente caracterizados por Difracción de Rayos X, Reducción a Temperatura Programada TPR y Análisis Termogravimétrico. Al evaluar la composición del bio-oil generado, se encontró que aumenta la selectividad hacia algunos hidrocarburos aromáticos y aldehídos de interés. Los mejores resultados se obtuvieron cuando el contenido del metal fue del 3% p/p, disminuyendo para cargas menores y mayores.
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    Pirolisis catalítica de cascaras de maní sobre zeolitas modificadas con estaño
    (2017) Fermanelli, Carla S.; Galarza, Emilce Daniela; Córdoba, Agostina; Rocha, María V.; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    La provincia de Córdoba es la mayor productora de maní (Arachis hipogaea) del país, con valores anuales próximos al millón de toneladas. El desecho principal de su industrialización lo constituye la cáscara, que representa el 25% de la producción total y carece actualmente de valor comercial. Teniendo en cuenta su alta disponibilidad se plantea la obtención de moléculas plataforma para la industria química fina utilizando la cáscara de maní como fuente de biomasa en un proceso de pirólisis, catalizado por zeolitas ZSM-11 modificadas con Sn. Las zeolitas microporosas con estructura ZSM-11 se prepararon por síntesis hidrotérmica. Las mismas fueron modificadas por la incorporación de Sn mediante tres tratamientos: impregnación por vía húmeda, tratamiento alcalino y síntesis hidrotérmica. De la caracterización fisicoquímica de los materiales se confirmó por Difracción de Rayos X la estructura tipo ZSM-11 para todas las muestras, en tanto que en los materiales impregnados se observaron las señales características del SnO2, las que aumentan en intensidad a medida que se incrementa la cantidad del metal incorporado al catalizador. A los materiales impregnados se los estudió por Reducción a Temperatura Programada donde se observaron las señales de reducción de las especies superficiales vecinas a los enlaces Sn-O y a la reducción de Sn+4 a Sn+2. Por el método BET se analizó el área superficial de los sólidos y se encontró que la misma disminuye al aumentar el contenido de Sn incorporado por impregnación húmeda y por síntesis hidrotérmica. Las reacciones de pirólisis se realizaron en un reactor tubular de lecho fijo, con una relación biomasa:catalizador igual a 1. Del estudio térmico se determinó que la temperatura a la cual se obtiene la mayor selectividad a productos condensables es de 500ºC. En todos los casos se obtuvieron tres líneas de productos, una fracción sólida (bio-carbón), una líquida (bio-oil) y una gaseosa (bio-gas). Las muestras impregnadas fueron las que mayor rendimiento a bio-oil produjeron. En cuanto a la composición del mismo, los catalizadores que mejor rendimiento presentaron hacia los compuestos de interés: tolueno, furfural, m-xileno, cumeno, trimetilbenceno, indano y 5-hidroximetil furfural fueron los obtenidos por impregnación húmeda. Los materiales preparados por tratamiento alcalino y síntesis hidrotérmica incorporan al estaño tetravalente como heteroátomo dentro de la estructura O-Si-O, por lo que la fuerza de los sitios ácidos de Lewis es menor a la generada por el aluminio trivalente cuando ocupa una posición tetraédrica, como es el caso de la zeolita protonada (H-ZSM-11) y las impregnadas. Dentro del set de muestras impregnadas evaluado en este estudio, aquella con un contenido de 5 % p/p de Sn ofreció los mejores resultados en cuanto a producción de bio-oil y en composición del mismo.
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    Pirólisis de residuos agrícolas: estudio comparativo de cáscara de maní y cáscara de arroz
    (2017) Fermanelli, Carla S.; González, Daniel Elías; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    Se realizaron pirólisis de residuos biomásicos de origen agrícola en un reactor de lecho fijo a diferentes temperaturas, en el rango de 350 °C a 650 °C. Se investigó el efecto de la temperatura de pirólisis y el tipo de biomasa sobre el rendimiento y composición de los productos de reacción (bio-oil, bio-gas y bio-carbón), encontrándose que las temperaturas óptimas son de 550 °C para la cáscara de arroz y 500 °C para la cáscara de maní. El máximo rendimiento a bio-oil fue de 45.35% para el primero y de 50.76% para el segundo. No se encontraron diferencias significativas en la composición química de los bio-oils obtenidos a esas temperaturas.
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    Análisis comparativo de Zn-ZSM-11 Y Ni-ZSM-11 como catalizadores en el proceso de pirólisis de cáscaras de maní
    (2017) Fermanelli, Carla S.; Bonetto, Luciana; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    En función de la constante disminución de las reservas de petróleo y sus derivados, es menester encontrar nuevas fuentes de energía y de moléculas plataforma para las distintas industrias químicas. En este sentido surge como alternativa ambientalmente amigable, el empleo de biomasa como fuente renovable de compuestos químicos. De los diversos tipos de biomasa (natural, residual o producida), la residual presenta la ventaja de ser un desecho de las actividades humanas, como la agrícola, ganadera, forestal, maderera o agroalimentaria, entre otras. Por lo tanto, su empleo no afectaría la producción de alimentos y hasta podría contribuir a aumentar la rentabilidad de determinadas actividades agropecuarias. En este sentido, las cáscaras de maní, residuo del proceso productivo de esta legumbre, se presentan en la región centro de nuestro país como un sustrato de interés en cuanto a que en la actualidad no tienen un destino final de valor considerable. Algunas empresas las emplean para la generación de energía a través de la combustión directa en calderas, para la fabricación de carbón activado o conformando paneles aglomerados. Sin embargo, considerando los volúmenes de producción de maní en la provincia de Córdoba, este residuo no es eficientemente aprovechado y puede ser considerado como una buena alternativa para su valoración.
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    Influence of the solid catalyst porosity on the products yields and composition from peanut shells pyrolysis
    (2017) Fermanelli, Carla S.; Diguilio, Eliana; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    Argentine is the first worldwide peanut (Arachis hypogaea) exporter, with around 600,000 tons per year of commercialization. Nevertheless, peanut production leaves around a 25 vol% of shells as residue of the process. This low density waste (0.10 kg/dm3) is actually burned or buried, causing serious environmental problems, or stored in silos but with an auto ignition risk characteristic of this kind of material. As an alternative in order to solve this issue and to obtain interesting chemical products, a catalytic pyrolysis process is proposed. In this sense, two type of porous solid materials were studied as catalysts for the reaction: a traditional microporous ZSM-11 zeolite (H-ZSM-11 micro) and a hierarchical form of the same class of MEL zeolite (H-ZSM-11 micro/meso). From the pyrolysis reaction three products lines are obtained: a liquid fraction, called bio-oil; a solid one, known as bio-char, and gases. The bio-oil is a high energy density liquid fuel, which could be used as substitute of fuel-oil [1]. However, high oxygen compounds concentration is obtained from the thermal process that makes this product of reduced stability and poor heating value. We propose the use of the above mentioned zeolites as catalysts for the in situ cracking reactions for the deoxygenation of the components and to obtain high value chemical products.
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    Aplicación de fotocatalizadores obtenidos a partir de ácido tungstofosfórico sobre NH4ZSM5 en remediación de aguas contaminadas
    (2016) Leal Marchena, Candelaria; Lerici, Laura; Fermanelli, Carla S.; Saux, Clara; Pizzio, Luis R.; Pierella, Liliana Beatriz
    Se prepararon materiales a partir de la inmovilización de ácido tungstofosfórico sobre zeolita NH4ZSM5 mediante impregnación húmeda para ser aplicados en la degradación de moléculas representativas de contaminantes presentes en efluentes empleando fotocatálisis heterogénea. La concentración de ácido tunstofosfórico incorporada fue de 10 y 30% p/p en el sólido obtenido. Los materiales se caracterizaron mediante diferentes técnicas fisicoquímicas. El área superficial disminuyó respecto de la matriz sin modificar como resultado de bloqueo de los poros de la zeolita. Los patrones de difracción de rayos X de las muestras modificadas presentaron los picos característicos de zeolita NH4ZSM5 y un conjunto de picos adicionales asignados a la presencia de la sal (NH4)3[PW12O40]. Además, las muestras exhibieron valores de band gap similares a los reportados para los semiconductores más estudiados. Se obtuvieron catalizadores con elevada actividad fotocatalítica en las moléculas de estudio.
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    Síntesis y caracterización de fotocatalizadores de hierro soportados sobre zeolitas microporosas
    (2016) Saux, Clara; Diguilio, Eliana; Fermanelli, Carla S.; ler, Laura; Pierella, Liliana Beatriz
    Se sintetizaron materiales zeolíticos del tipo ZSM11 y BETA por el método hidrotérmico, impregnados con 6% de hierro y se caracterizaron por diversas técnicas fisicoquímicas, para ser empleados en la degradación fotocatalítica del naranja de metilo (MO). Mediante difracción de rayos X (XRD) y Análisis Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR) se verificó la estructura y cristalinidad de las matrices y sus expresiones modificadas. Los patrones de difracción mostraron las señales características a 2θ=7, 9, 23 y 24°, para la matriz ZSM11, y 2θ= 7-8° y 21-22°, para la BETA[1]. El área superficial determinada por BET fue de 392 m2/g para la ZSM11 y 585 m2/g para la BETA. En ambos casos se produjo una disminución del área superficial con la incorporación del metal. Por Reducción a Temperatura Programada (TPR) se observaron los picos de reducción correspondientes a la presencia de Fe2O3. El contenido de hierro fue confirmado por Absorción Atómica, obteniéndose porcentajes similares a los teóricos. Además, por SEM y EDX, se detectaron señales a 0,5 y 6,5 KeV, correspondientes a la presencia de hierro en la matriz zeolitica [2]. Por Espectroscopia de UVvis con Reflectancia Difusa (DRS-UVvis) se calcularon las energías de band gap de los materiales, obteniéndose resultados similares al α-Fe2O3. Mediante esta técnica se verificó la disminución de las energías de band gap con respecto a la matriz zeolítica correspondiente [3]. Los materiales fueron evaluados catalíticamente en la fotodegradación del MO obteniendo porcentajes de degradación de 96 % para la Fe-ZSM11 y 56 % para la Fe-BETA.
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    Revalorización de la cáscara de maní: implementación de un sistema pirolítico para generar productos químicos de interés
    (2016) Fermanelli, Carla S.; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    Siendo la actividad agropecuaria una de las principales bases de la economía de nuestro país, surge el interés por dotar de valor agregado a algunos de los residuos que genera este sector productivo. Entre los desechos de la industrialización del maní, se encuentra la cáscara, que representa alrededor del 25% de lo cosechado. Actualmente, este residuo no posee un uso alternativo económicamente rentable en Argentina, y resulta para la industria manisera un verdadero inconveniente por el extraordinario volumen que ocupa - densidad= 0,10 kg/dm3 - y los problemas asociados al acopio en silos derivados del peligro de autoignición generado por sus características fisicoquímicas. Una alternativa para la revalorización de este residuo es la generación de productos químicos de interés tales como moléculas plataforma para las industrias alimenticia, cosmética, farmacéutica a partir del tratamiento pirolítico del mismo. La pirólisis de la biomasa genera tres líneas de productos: bio-gas, bio-carbón y bio-líquido (bio-oil). Mediante el empleo de catalizadores sólidos (zeolitas microporosas ZSM-5 en forma protónica y modificadas por la incorporación de metales de transición: Co y Fe) se buscó mejorar el rendimiento y la composición del bio-oil producido en la reacción, con respecto a la pirólisis puramente térmica.
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    Aumento de la biodegradabilidad de benzotiazoles
    (2016) Leal Marchena, Candelaria; Saux, Clara; Fermanelli, Carla S.; Pecchi, Gina; Pierella, Liliana Beatriz
    Los benzotiazoles y sus derivados son compuestos orgánicos tóxicos y poco biodegradables. Debido a su gran variedad de aplicaciones, los mismos están presentes en los efluentes de las industrias de manufactura de aditivos de goma, de caucho, de neumáticos, en las curtiembres, etc. Sin embargo, los sistemas de tratamiento convencionales no son eficaces para eliminar estos compuestos, por este motivo, se propone el empleo de reacciones de oxidación selectiva utilizando un sistema de catálisis heterogénea para lograr su transformación. Se trabajó con el 2-metiltio-benzotiazol (2MTBT) que es utilizado como acelerador en procesos de vulcanización y su presencia ha sido detectada en suelos y en aguas de ríos cercanos a estas industrias. Se estudió su oxidación a sus correspondientes sulfóxido y sulfona, considerando que los mismos son más biodegradables. El sistema de reacción consistió en un reactor de vidrio con agitación magnética, conectado a un condensador con reflujo. Como catalizador heterogéneo para esta reacción de oxidación se empleó 20 mg de niobatos de metales alcalinos (NaNbO3, LiNbO3 y KNbO3), el cual fue separado por un simple procedimiento de filtración al finalizar la reacción. Se trabajó a temperatura ambiente empleando peróxido de hidrógeno acuoso (30% vol) como oxidante y acetonitrilo como solvente. De los resultados de actividad catalítica, se observa una elevada velocidad de reacción, con conversiones totales del 2MTBT al cabo de la primera hora de reacción. En cuanto a las selectividades obtenidas hacia los productos de reacción, se encontró que empleando KNbO3 se obtuvo la mayor proporción de sulfona (70 mol%), mientras que al emplear LiNbO3 sólo se alcanzó un 60 mol%. El producto secundario de esta reacción fue el sulfóxido, no encontrándose otros subproductos. En base a estos resultados se concluye que estos materiales son eficientes para lograr el aumento de la biodegradabilidad de los benzotiazoles en condiciones suaves de reacción.
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    Aprovechamiento de un residuo agrícola para la obtención de productos químicos de interés
    (2016) Fermanelli, Carla S.; Saux, Clara; Pierella, Liliana Beatriz
    En nuestro país la producción de combustibles y de químicos de alto valor agregado está relacionada principalmente con el petróleo. Sin embargo, las perspectivas de su agotamiento a mediano plazo, así como los aspectos ambientales vinculados con su empleo, vienen impulsando desde hace varias décadas el desarrollo de nuevas tecnologías para el aprovechamiento de fuentes de energía renovables que diversifiquen la matriz energética de un modo ambientalmente más amigable [1]. En este sentido el aprovechamiento de residuos de biomasa se presenta como un desafío sumamente interesante en cuanto a que no sólo sustituye una fuente escasa, sino que da solución al desperdicio de procesos productivos nacionales y regionales. En particular, el empleo de cáscaras de maní despierta notable interés para los productores de la provincia de Córdoba. En este trabajo se propone la generación de productos químicos de interés a partir del tratamiento pirolítico de cáscaras de maní. De este proceso se generan tres líneas de productos: bio-gas, bio-oil y bio-carbón. Mediante el empleo de catalizadores sólidos (zeolitas microporosas ZSM-5 modificadas por la incorporación de metales de transición: Co, Ni, Fe) se buscó aumentar el rendimiento del bio-oil y mejorar la composición del mismo, con respecto a la reacción no catalizada. El sistema de reacción consistió en un reactor de vidrio tubular el cual se introdujo en un horno eléctrico con control de temperatura. La biomasa se colocó dentro de una canasta de vidrio porosa y los gases producidos durante la pirólisis fueron arrastrados por una corriente de N2 y puestos en contacto con un lecho de cuarzo y catalizador. A la salida del reactor se colocó una trampa de condensables sumergida en una mezcla refrigerante y una trampa para gases. Los productos de reacción se analizaron por Cromatografía Gaseosa y CG-Masas. Los resultados obtenidos al cabo de 20 min trabajando a 500°C indican un rendimiento de aproximadamente el 26 % de bio-gas, 46% de bio-oil y 28% de bio-carbón. Cuando se emplearon CoFe-ZSM-5 y Co Ni-ZSM-5 como catalizadores se observó un considerable incremento en la concentración de xilenos, cumeno, trimetilbenceno, entre otros, los cuales dotan a este producto líquido de características muy interesantes para su análisis como bio-combustible.