UTN- FRC -Producción Académica de Investigación y Desarrollo
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Item Influencia del contenido de Fe en la actividad catalítica de silicatos mesoporosos SBA-15 aplicados a procesos foto-Fenton para la degradación de colorantes azoicos(2017) Elías, Verónica; Ochoa Rodríguez, Pablo; Vaschetto, Eliana; Pecchi, Gina; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraSe sintetizaron silicatos mesoporosos con estructura SBA-15 modificados con Fe por un método postsíntesis simple y rápido. La regularidad estructural se determinó por DRX a bajo ángulo y por fisisorción de N2. Las técnicas de UV-Vis RD y TPR fueron utilizadas para analizar las diferentes especies de Fe desarrolladas en función de la carga metálica depositada. Todos los materiales se evaluaron en la degradación del colorante azoico (AO7) por un proceso foto-Fenton bajo radiación UV-Vis y utilizando H2O2. Se encontró que a pH de 3,5 los materiales fueron estables al lixiviado del metal y todos alcanzaron elevadas degradaciones de AO7 y de H2O2. No obstante, un incremento en la carga del metal desde 1 al 2,5 %p/p provocó un marcado aumento en la mineralización, en tanto que esto no se observó para cargas mayores (5 y 10 % p/p). Esto permitió inferir que las especies aisladas de Fe serían las activas en el proceso y se desarrollan en lo materiales para cargas de hasta 2,5 %p/p. Mayores cargas provocan la segregación de estas especies aisladas desde el interior de los canales hacia la superficie externa generando nanopartículas de óxidos de mayor tamaño que son menos eficientes catalíticamente.Item Mesoporous materials for glyphosate degradation in water through catalytic wet air oxidation(2017) Vaschetto, Eliana; Elías, Verónica; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraIn recent decades, pollution of water resources has grown mainly due to inadequate treatment of industrial waste and excessive use of agrochemicals [1]. Currently the world consumption of agrochemicals is 4.6 million tons per year. In Argentina, herbicides account for 64% of the total agrochemicals market. Within them, glyphosate is a broad-spectrum herbicide and it is the main active ingredient in commercial formulations. The great solubility of this substance in water causes that, when they are applied on the ground, they can diffuse towards groundwater generating a severe contamination. In this context, the advanced oxidation processes, among them "catalytic wet air oxidation", are proposed as an alternative of degradation of glyphosate in aqueous media [2]. They are based on the formation of reactive chemical species, such as hydroxyl radicals, which are oxidizing agents capable of degrading the most resistant molecules. Although there are reports that employing this type of oxidation process, the use of high pressures and high temperatures are reported in most works [3]. In this context, mesoporous materials such as SBA-15 and MCM-41 substituted with transition metals appear as very promising catalytic supports because of their structure, high specific area and pore volume, which make it suitable for use in degradation of pollutants. Thus, in this work the use of nano-structured mesoporous solids modified with iron and aluminum is proposed to degrade glyphosate in aqueous solutions by catalytic wet air oxidation process. Fe-SBA-15 and Al-MCM-41 [4] materials with a Si/Fe or Al molar ratio = 20 and the pure siliceous matrix were catalytically evaluated in a fixed-bed reactor at room temperature and pressure. An aqueous solution of glyphosate of 15 ppm at a contact time of W/F = 40 gh/mol (g of catalyst on glyphosate feed rate) was fed with a TOS (time on stream) of 15 min. The reaction samples were analyzed by ion chromatography (Thermo Scientific ICS-1100 Dionex). The obtained results showed an 80% of glyphosate degradation, obtaining phosphate, nitrate and nitrite ions when the Fe-SBA-15 material was used. When Al-MCM-41 and pure siliceous matrix were evaluated, there was no degradation of glyphosate. Thus, these materials could be considered as not catalytically active for the tested reaction. Meanwhile, by replacing the Si by Fe in the material (Fe-SBA-15) the degradation of the pollutant molecule could be achieved. Thus, adding an iron source in the synthesis gel, an active material was developed. So, employing a solid catalyst such as Fe-SBA-15 for the catalytic wet air oxidation the degradation of glyphosate was achieved at soft reaction conditions resulting in lower environmental impact and operating costs and increasing the sustainability of the process.Item FE/SBA-15 mesoporous materials as photo-fenton catalyst for azo-dyes degradation(2017) Elías, Verónica; Ochoa Rodríguez, Pablo; Vaschetto, Eliana; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraThe photo-Fenton processes are included in the Advanced Oxidation Processes (AOPs) which are efficient for the treatment of waste water affected by organic pollutants. This process involves the use of Fe ions as catalyst to activate hydrogen peroxide (H2O2) decomposition in order to generate hydroxyl radicals (OH*) which are able to degrade organic molecules in aquatic systems under ambient conditions [1]. The Fe salts often used as the metal source are soluble in water, and the Fenton process is usually in homogeneous phase. Nevertheless, this process has the inconvenient of the low operation pH (3) and the difficulty for the recovery of Fe from the generated sludge that need further treatments. Then, the immobilization of Fe species on solids supports result as an attractive option to developed Fenton catalysts in heterogeneous phase. In this sense, materials with porous structures as SBA-15 silicates have attracted increasing interests as supports due to their high specific surface and pore volume [2]. In this work the SBA-15 support was modified with Fe by a simple method (wet impregnation) using a solution of Fe(NO3) 3.9H2O in ethanol. After eliminate the solvent in a rotary evaporator the solid was calcined a 350 oC for 3 h. The metal concentration for the impregnating solution was chose in order to reach an Fe load of 2.5 % wt. The solid was test as catalyst for the Acid Orange 7 (AO7) degradation under UV-vis radiation and using a stoichiometric concentration of H2O2. Under the pH of operation (3.5) it was not observed a considerable Fe lixiviation, confirming that the process is under heterogeneous phase. An almost total AO7 and H2O2 degradation was observed after 5 h of radiation. For its part, a high mineralization was also observed (81 %) which indicate the efficiency for the tested catalyst. From the solid characterization by XRD, UV-Vis DR, N2 physisorption and TPR, it was found that the high surface of the regular structured SBA-15 support was just slightly modified by the Fe presence, and a high dispersion of the metal was allowed. Thus, it could be concluded that the high dispersed Fe ions anchored in the SBA-15 surface are responsible for the activity and stability of the catalyst. Then, the catalyst was recovered from the aqueous medium an evaluated in a second catalytic cycle, reaching the same mineralization percentage. This result was other evidence of the high catalyst stability confirming that the process is in heterogeneous phase. Finally, this active catalytic reactivity for the synthetized solid, in addition with the observed stability, provide a great advantage for the proposed photo-Fenton process using a heterogeneous catalyst over the classic homogeneous Fenton process.Item Silicatos mesoporosos tipo sba-15 modificados con hierro como catalizadores para procesos avanzados de oxidación heterogéneos(2016) Elías, Verónica; Ochoa Rodríguez, Pablo; Vaschetto, Eliana; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraSe sintetizaron tamices moleculares con estructura SBA-15 modificados con Fe por los métodos de incorporación directa (ID) y de impregnación húmeda (IH). Los sólidos se caracterizaron por DRX a bajo y alto ángulo, espectroscopia de UV-Vis RD, fisisorción de N2, reducción a temperatura programada (TPR) y micrografías de SEM-EDS. Los sólidos fueron evaluados como catalizadores en procesos foto-Fenton utilizando H2O2 y radiación UV-Vis. Se utilizó el colorante azoico Ácido Naranja 7 (AO7) como molécula modelo para estudiar la eficiencia del proceso de degradación propuesto. Con el objetivo de mejorar la eficiencia catalítica y disminuir el lixiviado de las especies de Fe, los catalizadores fueron además modificados por IH con especies de Ti. Se alcanzó una buena degradación del colorante sin modificar el pH del medio y se disminuyó el lixiviado del metal dando indicios que los catalizadores podrán ser reutilizados por varios ciclos catalíticos.Item Estudio de la estabilidad de las especies de hierro en tamices mesoporosos SBA-15 desarrollados para su aplicación en procesos avanzados de oxidación(2016) Elías, Verónica; Vaschetto, Eliana; Ochoa Rodríguez, Pablo; Pecchi, Gina; Huck-Iriarte, Cristián; Andrini, Leandro; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraSilicatos Fe/SBA-15 se sintetizaron por el método de impregnación húmeda. Se evaluó la influencia de dos solventes (agua y etanol) y de dos temperaturas de calcinación (350 y 500 °C). Los sólidos se caracterizaron por difracción de rayos X a alto ángulo, dispersión de rayos X a bajo ángulo, adsorción/desorción de N2, microscopia de barrido electrónico con análisis de EDS y espectroscopia de UV-Vis con reflectancia difusa. Se determinó que la temperatura de calcinación no tuvo una marcada influencia en las especies de hierro formadas en los soportes silíceos y que el solvente influyó notablemente en el tamaño de las mismas. Al utilizar etanol, las especies de óxido de hierro de menor tamaño, resultaron mayormente dispersas en el interior de los canales. Para determinar la posibilidad de uso de los sólidos en procesos Fenton heterogéneos aplicados a la degradación de contaminantes orgánicos en agua, se estudió la resistencia al lixiviado de las especies de hierro depositadas en la matriz SBA-15 en función del pH de las soluciones (2,8; 3,5; 5,0). Los sólidos fueron notablemente estables a pH de 3,5 o superior, por lo que serían aptos para su futuro uso como catalizadores, siempre que las soluciones tengan una acidez media.Item Optimización de las condiciones de reacción de reordenamiento de Beckmann para la obtención de caprolactama sobre B-MCM-41(2016) Vaschetto, Eliana; Elías, Verónica; Herrero, Eduardo; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraSe sintetizó el material tipo MCM-41 sustituido con Boro, lográndose una estructura mesoporosa bien definida. El catalizador fue evaluado en la reacción de reordenamiento de Beckmann para la obtención de Caprolactama a partir de ciclohexanona oxima. En busca de la optimización de las condiciones de reacción, se estudiaron las variables: Temperatura y W/F, utilizando B-M(20)NH4. Se obtuvieron conversiones de ciclohexanona oxima del 54%, con rendimientos a ɛ-Caprolactama del 45%, bajo las siguientes condiciones de reacción: temperatura= 320°C, W/F=40 gh/mol y solvente= 1-hexanol. Se investigó también el efecto del tiempo de reacción (TOS= 3600 min.) sobre la conversión de ciclohexanona oxima y rendimiento a ɛCaprolactama. Finalmente el material bajo estas condiciones, mostró alta estabilidad y tiempo de vida.Item Desarrollo de catalizadores mesoporosos impregnados con Fe para degradar glifosato en medios acuosos bajo condiciones ambientales(2021) Vaschetto, Eliana; Ochoa Rodríguez, Pablo; Stobbia, Daniel; Elías, Verónica; Eimer, Griselda AlejandraCatalizadores nanoestructurados impregnados con diferentes contenidos de hierro se desarrollaron y sintetizaron para degradar soluciones acuosas de glifosato en condiciones de reacción extremadamente suaves: presión atmosférica y temperatura ambiente. Estos sólidos se caracterizaron por XRD, fisisorción de N2, UVvis-DR y XPS. Como resultado de estas síntesis, se obtuvieron estructuras mesoporosas regulares típicas de los sólidos SBA 15 y se pudo ajustar la especiación de Fe variando la carga nominal del metal. Los catalizadores fueron evaluados en la reacción de degradación-fragmentación de glifosato mediante oxidación húmeda catalítica con aire, logrando niveles de degradación del herbicida del orden del 80%. Se propuso un camino de reacción basado en la formación de un intermediario oxo-hierro (V) altamente reactivo a partir del complejo Fe-glifosato. De esta manera, se presenta una interesante tecnología con menor impacto ambiental y mayor sustentabilidad para la remediación de aguas contaminadas con glifosato.Item Dióxido de titanio mesoporoso modificado, como fotocatalizador activo bajo luz visible en la remoción de ibuprofeno de matrices acuosas(2021) Ochoa Rodríguez, Pablo; Vaschetto, Eliana; Elías, Verónica; Eimer, Griselda AlejandraSe sintetizaron nanopartículas de dióxido de titanio mesoporosas autodopadas con carbono empleando un método de síntesis amigable con el medio. Los materiales fueron caracterizados con distintas técnicas, entre ellas estudios de profundidad de los sólidos mediante XPS. Éstos, permitieron dilucidar avances sobre la naturaleza de las especies de carbono responsables de la fotosensibilidad de los materiales, pudiendo distinguir entre el carbono superficial y el carbono que forma parte de la matriz de titania. Se estudió el efecto de la calcinación en términos de la respuesta de los sólidos a luz visible LED, para degradar ibuprofeno (IBU) en soluciones acuosas. La mayor degradación se alcanzó empleando el fotocatalizador autodopado con carbono y tratado a 200 °C. Se propuso que la generación de nuevos estados electrónicos, responsables de reducir la banda prohibida del TiO2, debido a la presencia de carbono en distintos sitios en la red, es la responsable de este comportamiento.Item Fragmentación de glifosato en agua mediante oxidación catalítica con aire bajo condiciones ambiente(2019) Vaschetto, Eliana; Elías, Verónica; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraUno de los fosfonatos más importantes que es ampliamente utilizado en todo el mundo es la N-fosfonometilglicina (C3H8NO5P), conocida como glifosato. Éste es un herbicida de amplio espectro, utilizado para eliminar las malezas que compiten con los cultivos comerciales. En Argentina, el uso de herbicidas a base de glifosato aumentó dramáticamente desde la introducción de cultivos resistentes a este herbicida, como la soja transgénica y el maíz resistente. La gran solubilidad en agua de estas sustancias hace que, cuando se aplican en el suelo, se puedan difundir a aguas superficiales o subterráneas generando una gran contaminación. En este contexto, los procesos avanzados de oxidación se proponen como una alternativa de degradación muy prometedora para este tipo de compuestos en medio acuoso. Los procesos de oxidación húmeda con aire u O2 tienen potencial para degradar contaminantes tóxicos orgánicos y/o refractarios, pero a altas temperaturas (~ 180-350 °C) y presiones (~ 20-200 atm). Se ha demostrado que la adición de un catalizador sólido al sistema puede promover la formación de radicales en la superficie, acelerar la velocidad de reacción y mejorar la eficiencia, reduciendo drásticamente la severidad de las condiciones de operación y por lo tanto los altos costos del proceso. Así, los procesos de adsorción, fotodegradación y biodegradación de los fosfonatos, que utilizan catalizadores modificados con metales favorecen la formación de complejos mejorando su eficiencia. En este contexto, los silicatos mesoporosos como SBA-15 aparecen como soportes catalíticos muy prometedores debido a su estructura porosa uniforme, alta área específica y la posibilidad de modificar químicamente su superficie con funciones específicas. En este trabajo se desarrollaron sólidos mesoestructurados modificados con diversos contenidos de hierro para degradar eficientemente soluciones acuosas de glifosato mediante oxidación húmeda catalítica, bajo condiciones de presión atmosférica y temperatura ambiente. Se lograron degradaciones del orden del 80%.Item Tratamiento de aguas contaminadas con glifosato: degradación a temperatura ambiente y presión atmosférica utilizando sólidos mesoporosos con Fe(2019) Vaschetto, Eliana; Elías, Verónica; Ochoa Rodríguez, Pablo; Casuscelli, Sandra; Eimer, Griselda AlejandraEn este trabajo se desarrollaron sólidos mesoporosos del tipo SBA-15 modificados con diversos contenidos de hierro (1, 2.5, 5 y 10 % p/p), mediante impregnación directa del material silíceo puro, para degradar eficientemente soluciones acuosas de glifosato. Dichos materiales se caracterizaron por Difracción de Rayos X, Fisisorción de N2, espectrometría de UV-vis con Reflectancia Difusa y para determinar el contenido de Fe se aplicó la técnica colorimétrica establecida por los Métodos Estandarizados empleando 1,10-fenantrolina como agente complejante (3500-Fe D). Los materiales sintetizados fueron evaluados catalíticamente en la reacción de degradación - fragmentación de glifosato mediante oxidación húmeda catalítica con aire. El seguimiento de la reacción se realizó por Cromatografía Líquida Iónica. Se lograron degradaciones del herbicida del orden del 80% utilizando condiciones de reacción sumamente suaves, presión atmosférica y temperatura ambiente. Mediante esto, se propone un método para lograr un menor impacto ambiental y mayor sustentabilidad en el proceso de degradación de aguas contaminadas con glifosato.