Desarrollo, Producción e Innovación en la Investigación científica

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    Nanoarcillas magnéticas para ser utilizados en la degradación del colorante ácido naranja 7
    (2017) Crivello, Mónica Elsie; Mendieta, Silvia Nazaret; Elías, Verónica; Cuello, Natalia; Gerbaldo, María Verónica; Oliva, Marcos; Eimer, Griselda Alejandra
    Los Hidróxidos Dobles Laminares (HDL), son valiosos materiales del grupo de las nanoarcillas que poseen propiedades características en función de su composición. Dicha familia de compuestos inorgánicos de estructura laminar, presenta la siguiente fórmula general: [M2+(1-x) M3+x (OH)2]x+ [An-x/n mH2O]x-, donde M2+ y M3+ son cationes de metales di y trivalentes, mientras que A representa el anión, m es el número de moléculas de agua del espacio interlaminar; x puede variar entre 0,17 y 0,33; dependiendo de la combinación de metales di y trivalentes. Las propiedades de los HDL están fuertemente influenciadas por la composición y naturaleza de los aniones y cationes. Cuando los metales de síntesis utilizados son Mg-Al y el anión de interlámina es el carbonato, se obtiene la Hidrotalcita (HT), el cual es una arcilla presente en la naturaleza. Si otros metales reemplazan total o parcialmente al Mg y/o Al, o se modifica el anión de interlámina se obtienen compuestos con estructura tipo HT. Reemplazar a dichos cationes por especies de Fe, confieren a las nanoarcillas propiedades específicas, como ser el magnetismo. Por otra parte, es conocido que para el tratamiento de aguas contaminadas se han obtenido interesantes resultados aplicando procesos foto-Fenton que se basan en la reacción redox entre las especies de Fe2+/Fe3+ y el peróxido de hidrógeno (H2O2), con la consecuente generación de radicales libres responsables de la degradación de los compuestos orgánicos [2]. Así, existe una tendencia en el estudio de la inmovilización de las especies de Fe sobre materiales sólidos con el objetivo de desarrollar catalizadores para procesos Fenton en fase heterogénea. En este trabajo se presenta el estudio de nanoarcillas sintetizadas con Mg-Al, sustituidas parcialmente con diferentes relaciones molares de especies de Fe2+ y Fe3+. Dichos materiales obtenidos fueron caracterizados mediante Difracción de Rayos X (DRX) y Magnetometría de muestra Vibrante (VSM). El material que presentó mejores propiedades estructurales y magnéticas fue evaluado como catalizador en el proceso foto-Fenton de degradación del colorante azoico Ácido Naranja 7 (AO7) utilizando H2O2 como oxidante y radiación UV-vis. Las nanoarcillas de Mg-Al modificadas con especies de Fe, se sintetizaron por el método de coprecipitación a 65oC. La relación de M2+/M3+ se mantuvo en 2, y el porcentaje molar teórico de los M2+ fue de 70% Mg2+ y 30 % Fe2+. El contenido del Fe3+, se varió con respecto al del Al3+ con el fin de estudiar su influencia en la estructura y en el magnetismo de los mismos. La síntesis se llevó a cabo a pH 10±0,2, con el agregado de NaOH y en atmósfera de N2 para evitar la oxidación del Fe2+. La fuente de los metales utilizados fue cloruro, el cual resulta como anión de interlámina. Luego de la coprecipitación, se dejó el sólido en agitación durante 2 horas, para mejorar la calidad del sólido. Posteriormente se lavó hasta pH 7, en centrífuga para finalmente secarlo en estufa a 90°C. Mediante DRX, se observó la fase laminar tipo HT en todas las muestras, advirtiéndose mejoría en dicha estructura en los porcentajes intermedios de 30-40% de Fe3+. En todas las muestras se aprecia la presencia de especies de óxidos de hierro, aumentando la calidad de los mismos a medida que se aumenta el contenido de Fe3+. En la muestra con 50% de Fe3+, se observan mayor presencia de picos que representan la formación de dichos óxidos fuera de la estructura laminar. Los óxidos obtenidos son Fe2O3 y la espinela reducida de Fe3O4, ya que se parte de Fe2+. En la muestra con 40% Fe3+, se observa la fase de NaCl, no extraído durante el lavado. En cuanto a la respuesta magnética, se observa que con mayor y menor contenido de Fe3+, la muestra presenta comportamiento ferromagnético (Figura 1-II), al igual que la muestra con 20% Fe3+. En cambio, las muestras con contenidos intermedios muestran comportamiento superparamagnético. La muestra con 40% Fe3+, además de presentar dicho comportamiento, también posee mayor momento magnético, lo que indicaría que los óxidos de hierro obtenidos presentan tamaño nanométrico. Conjuntamente, por DRX se observa que dichas partículas se encuentran más dispersas en la estructura laminar, obteniéndose una correcta relación carga Fe3+ y relación molar Fe2+/Fe3+=1,33; favoreciéndose la formación de óxidos nano dispersos. Teniendo en cuenta los parámetros anteriores, se estudió la degradación del colorante AO7, con la muestra con 40% Fe3+. Las reacciones se realizaron aplicando un proceso foto-Fenton utilizando un fotoreactor batch ya descripto monitoreando la concentración de AO7 por espectrofotometría de UV-vis a 485 nm y el consumo de H2O2 por titulación iodométrica modificada. Además se evaluó la mineralización del colorante midiendo el Carbono Orgánico Total (COT). Es importante aclarar que la solución inicial de AO7 de 20 ppm de concentración se puso en contacto en la oscuridad durante 45 min para alcanzar el equilibrio de adsorción-desorción del mismo sobre la superficie del catalizador. En este momento se sacó una muestra del reactor la cual se consideró como la muestra inicial y se comenzó a irradiar la solución. En estas condiciones se alcanzó una degradación de AO7 del 82% y al mismo tiempo una elevada mineralización (71% incluyendo la adsorción en la oscuridad), aunque hubo un bajo consumo del oxidante (29%). Esto nos indicaría que probablemente el oxidante no estaría participando activamente en el proceso de degradación. Así, se evaluó el mismo catalizador sin utilizar oxidante ni radiación, alcanzándose valores similares de degradación del colorante (90%) aunque la mineralización disminuyó ligeramente (60%). Estos resultados indican, que si bien las especies de Fe2+ y Fe3+ presentes en el material son suficientes para iniciar el proceso de degradación, logrando la decoloración de la solución por ruptura del grupo azo, la presencia tanto de radiación, como de peróxido daría lugar a una mayor generación de radicales libres capaces de continuar el proceso y elevar el porcentaje de la mineralización del colorante.
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    Diseño de nanoarcillas magnéticas para ser utilizados como sistemas de liberación modificada
    (2017) Mendieta, Silvia Nazaret; Cuello, Natalia; Gerbaldo, María Verónica; Marchetti, Sergio; Oliva, Marcos; Pérez, Celso; Crivello, Mónica Elsie
    Las nanoarcillas de Mg-Al son compuestos laminares biocompatibles que tienen la propiedad de alojar fármacos en la zona interlaminar. El Naproxeno es un antiiflamatorio, el cual ha sido incorporado por el método directo en dichas nanoarcillas. A pH 9 se obtuvo la mayor incorporación del fármaco, el cual fue impregnado con nanopartículas magnéticas de γ-Fe2O3. Dicho sistema presentó comportamiento superparamagnético a temperatura ambiente, propiedad deseada para ser utilizada en biomedicina. Las nanoarcillas modificadas obtenidas se presentan como potenciales sistemas de liberación controlada y dirigida de Naproxeno, mediante campos magnéticos.
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    Nanoarcillas magnéticas como potenciales sistemas de liberación dirigida de fármacos
    (2016) Mendieta, Silvia Nazaret; Cuello, Natalia; Laurenti, Marco; López Cabarcos, Enrique; Pérez, Celso; Crivello, Mónica Elsie
    En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en la síntesis de nanoarcillas de Al-Mg impregnadas con óxidos de hierro. Los mismos presentan interesantes aplicaciones en el campo farmacéutico como sistemas de liberación dirigida de fármacos mediante el uso de campos magnéticos. Estos materiales fueron sintetizados por el método impregnación-coprecipitación. Por difracción de rayos X (DRX) se observó que todos los materiales presentaban estructura tipo hidróxido de doble capa y algunos de ellos el hierro se encontró como óxidos sobre la nanoarcilla. Se estudió la respuesta magnética de los mismos, observándose que el sólido impregnado con nanopartículas de hierro presentó mayor comportamiento súper paramagnético a temperatura ambiente. Dicho comportamiento es el deseado para ser usados en sistemas de liberación de fármacos con aplicación de campos magnéticos, debido a que los materiales no quedan magnetizados dentro del organismo.
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    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 Alejandra
    Se 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.
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    Síntesis de nanopartículas de dióxido de titanio modificadas para la degradación de Ácido Naranja 7
    (2017) Ochoa Rodríguez, Pablo; Balcaza Pizzi, Natalí; Cuello, Natalia; Elías, Verónica; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda Alejandra
    Los materiales semiconductores, como el TiO2, son utilizados en reacciones fotocatalíticas que implican la remoción de contaminantes orgánicos en agua, debido a la generación de especies radicalarias responsables de llevar a cabo la degradación, y a su elevada superficie específica. En este sentido, se sintetizaron nanopartículas de dióxido de titanio modificadas con hierro y carbono, empleando el método sol-gel [1]. Se preparó una solución de ácido nítrico, agua y cantidad necesaria de nitrato férrico nonahidratado correspondiente a una composición molar del 0.57%. Una segunda solución contenedora de la fuente de titanio, titanato de tetrabutilo, y etanol, fue añadida luego a la solución primera. La mezcla resultante se dejó bajo agitación durante dos horas. El proceso de envejecimiento se llevó a cabo durante dos días y a temperatura ambiente. A continuación, el gel, en un reactor de teflón, es sometido a tratamiento hidrotérmico a 180°C y durante 10 h. El precipitado obtenido es lavado con agua destilada y secado a 100°C. Finalmente, el material es denominado C-Fe-TiO2 (0,57%mol). Lo estudios de caracterización incluyeron realizar análisis por difracción de Rayos X a alto ángulo, isotermas de adsorción-desorción con nitrógeno y espectrometría UV-Visible. El estudio de caracterización por difracción de Rayos X permitió corroborar la presencia de la fase cristalina anatasa, que es la activa fotocatalíticamente. Los ensayos de adsorción con nitrógeno dieron como resultado isotermas del tipo IV, propias de materiales con naturaleza mesoporosa. El material fue puesto a prueba en la degradación fotocatalítica del colorante ácido naranja 7. Para la reacción, se utilizó un reactor batch irradiado desde sus costados por cuatro lámparas UV-Vis. La temperatura de reacción se mantuvo en 20°C, y por debajo se hacía llegar un flujo controlado de aire. El seguimiento de la reacción se realizó midiendo la absorbancia del colorante. Al cabo de cinco horas, se logró una degradación del 97%, y una mineralización del 59%.
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    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 Alejandra
    Los 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.
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    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 Alejandra
    Although 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.
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    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 Alejandra
    Se 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.
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    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 Alejandra
    Synthesis 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.
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    Degradación de atrazina mediante foto-Fenton heterogéneo empleando materiales nano-estructurados
    (2016) Benzaquén, Tamara; Cuello, Natalia; Casado, Denise; Alfano, Orlando; Eimer, Griselda Alejandra
    En 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 fotoFenton. Así, estos materiales mesoporosos estructurados modificados con hierro fueron probados con éxito en la reacción de degradación foto-Fenton heterogénea de soluciones de atrazina en agua, utilizando radiación UV-visible, temperatura ambiente y un pH cercano al neutro. Los resultados obtenidos indican que la vía heterogénea del proceso foto-Fenton también puede ser empleada eficientemente para tratar aguas residuales que contienen atrazina, con las ventajas que esto implica frente a un proceso homogéneo.