Desarrollo, Producción e Innovación en la Investigación científica
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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 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 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 Aplicación del proceso foto-Fenton heterogéneo a la degradación de herbicidas en fase acuosa con catalizadores nano-estructurados(2016) Benzaquén, Tamara; Cuello, Natalia; Alfano, Orlando; Eimer, Griselda AlejandraEn este trabajo se sintetizaron silicatos mesoporosos del tipo MCM-41 modificados con hierro mediante el método de impregnación húmeda con diferentes cargas del metal. Las diferentes meso-estructuras obtenidas se caracterizaron mediante DRX, UVvis-RD, ICP y XPS y se estudió su comportamiento como catalizadores heterogéneos en la reacción foto-Fenton. Así, estos materiales mesoporosos estructurados modificados con hierro fueron probados con éxito en la reacción de degradación de atrazina en agua con el proceso foto-Fenton heterogéneo, utilizando radiación UV-visible, temperatura ambiente y un pH cercano al neutro. Los resultados obtenidos revelaron que el catalizador Fe/MCM-41(2,5) exhibió una gran actividad. Por lo tanto, el alto rendimiento de este material indica que el proceso foto-Fenton heterogéneo también se puede emplear eficazmente para tratar aguas residuales que contienen atrazina, con las ventajas que esto implica, en contraste con un proceso homogéneo.Item Tecnologías avanzadas de oxidación para eliminar disruptores endocrinos en agua utilizando catalizadores mesoporosos con zinc(2018) Benzaquén, Tamara; Carraro, Paola; Alfano, Orlando; Eimer, Griselda AlejandraEn este trabajo se sintetizaron silicatos mesoporosos del tipo MCM-41 modificados con Zinc mediante el método de impregnación húmeda con diferentes cargas del metal. El soporte y los diferentes catalizadores obtenidos se caracterizaron mediante difracción de rayos X (DRX), isotermas de adsorción-desorción de N2 a 77 K, y técnicas ICP-OES. Estos materiales fueron evaluados como catalizadores heterogéneos en la reacción tipo foto Fenton, utilizando radiación UV-visible, temperatura ambiente y un pH cercano al neutro, para la degradación de soluciones acuosas de diferentes Disruptores Endocrinos, como herbicidas (atrazina), compuestos derivados de la industria del plástico (bisfenol A) y de la industria farmacéutica (ácido clofíbrico). Los resultados obtenidos mostraron que el catalizador Zn/MCM-41(5) exhibió la actividad más alta. Por lo tanto, el buen rendimiento de este material indica que esta reacción tipo foto-Fenton heterogénea aparece como un pre-tratamiento muy prometedor capaz de mejorar la biodegradabilidad de aguas contaminadas con productos químicos biorrecalcitrantes, como lo son la mayoría de los Disruptores Endocrinos.