FRC-Tesis Doctoral Mención Química
http://hdl.handle.net/20.500.12272/3141
2024-03-28T20:52:08ZDesarrollo de sistemas catalíticos para la obtención de bioproductos químicos de fuentes renovables
http://hdl.handle.net/20.500.12272/5253
Desarrollo de sistemas catalíticos para la obtención de bioproductos químicos de fuentes renovables
En el presente Trabajo de Tesis se propone la optimización de sistemas de reacción y
el diseño de materiales catalíticos para la obtención de productos químicos de valor agregado a partir de materias primas de origen renovable; más específicamente, en la obtención de 5‑hidroximetilfurfural a partir de fructosa mediante catálisis ácida heterogénea.
En «Introducción» se elabora un marco teórico y un estado del arte para contextualizar
la labor aquí desarrollada, donde se exponen los avances más significativos en la materia,
además de definir ciertos conceptos clave para una comprensión más cabal del contenido.
En «Justificación y Objetivos» se manifiesta de manera sintética la motivación de este
Trabajo de Tesis, y se proponen sus objetivos generales y específicos. En el capítulo «Métodos experimentales» se describen los equipos e implementos utilizados para los diferentes estudios catalíticos, y se definen las técnicas instrumentales de caracterización, y
los métodos empleados en las síntesis realizadas. Los capítulos «Síntesis y Caracterización de Materiales» y «Reacciones Catalíticas» mencionan los antecedentes más notables
en materia de síntesis de materiales y estudios catalíticos, respectivamente, y detallan las
tareas llevadas a cabo en el curso de esta investigación, junto con los resultados a los que
se ha arribado, con su discusión y conclusiones independientes. Finalmente, un capítulo
de «Conclusiones Generales» resume sintéticamente los resultados más significativos de
este Trabajo de Tesis. La unidad «Referencias» reúne toda la bibliografía citada en este
documento, en orden alfabético. En el último capítulo, «Apéndice», se expone la producción científica generada a partir de esta investigación, y finaliza con los estudios que podrían llevarse a cabo a futuro para culminar las labores aquí desempeñadas.
2020-01-01T00:00:00ZEvaluación de la biorremediación de efluentes industriales/municipales con consorcios de microalgas-bacterias promotoras del crecimiento, aprovechando la biomasa generada para producir compuestos orgánicos de alto valor agregado
http://hdl.handle.net/20.500.12272/5181
Evaluación de la biorremediación de efluentes industriales/municipales con consorcios de microalgas-bacterias promotoras del crecimiento, aprovechando la biomasa generada para producir compuestos orgánicos de alto valor agregado
Hoy en día, nos enfrentamos ya a una importante escasez de agua dulce, lo que
amenaza la sostenibilidad del desarrollo humano, las estimaciones indican que la
demanda mundial de agua dulce aumentará en un 55% para 2050, principalmente
debido a la creciente demanda en las actividades de manufactura (400%), la
generación de electricidad térmica (140%) y el uso doméstico (130%) (FAO 2012).
Por otra parte, la gran cantidad de líquidos residuales de origen agrícola-ganadero y
las aguas residuales de ciudades en crecimiento, están contaminando los cursos de
agua más rápidamente de lo que la naturaleza puede remediarlas (Abdel-Raouf, Al-
Homaidan et al. 2012).
Las microalgas, microorganismos unicelulares, fotosintéticos, eucarióticos y
procarióticos, que pueden crecer en una amplia variedad de condiciones, tienen
mayor eficiencia que las plantas terrestres para la captación de dióxido de carbono y
el aprovechamiento de la luz solar, por lo que tienen una mayor productividad en
términos de biomasa y metabolitos y, además pueden metabolizar eficientemente los
nutrientes de varias corrientes de efluentes (aguas residuales municipales, agrícolas e
industriales) y producir numerosos compuestos valiosos como proteínas,
carbohidratos y lípidos.
En este trabajo se evaluó la viabilidad del cultivo de las microalgas Scenedesmus
dimorphus y Chlorella pyrenoidosa, solas y consociadas con la bacteria promotora
del crecimiento de plantas Azospirillum brasilense, en mezclas de Suero Ácido de
Queso y Purín Vacuno y, la proporción de estas dos corrientes de aguas residuales en
las que simultáneamente se logran las mejores tasas de remoción de nutrientes y la
mayor producción de bioproductos (biomasa, metabolitos de interés comercial) en
cultivos abiertos al exterior.
En primer lugar, se realizó la selección o screening en condiciones controladas de
laboratorio para seleccionar las condiciones más convenientes para el crecimiento de
las microalgas Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa, en Purín Vacuno y
Suero Ácido de Queso. Luego se evaluó la capacidad de remoción de nutrientes por
parte del cultivo de las microalgas en consorcio con la bacteria promotora del
crecimiento Azospirillum brasilense, la productividad volumétrica de biomasa algal y
la composición bioquímica de dicha biomasa (es decir, el contenido de carbohidratos,
lípidos y proteínas) para los cultivos.
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Finalmente se estudió el co-cultivo en modo semicontinuo, en estanques abiertos al
exterior, en las condiciones optimizadas.
Se encontró que las microalgas fotoautotróficas Scenedesmus dimorphus y Chlorella
pyrenoidosa se adaptan y crecen en los efluentes de la industria láctea, a saber, Purín
Vacuno y Suero Ácido de Queso. La opacidad del Purín Vacuno, su alto contenido
en nitrógeno amoniacal, el alto contenido de sólidos suspendidos totales, así como el
bajo pH del Suero Ácido de Queso y el rápido descenso del mismo por acción de las
bacterias lácticas cuando el efluente no es esterilizado ni diluido, y su bajo contenido
de nitrógeno en relación al fósforo (Relación N:P 1,8:1) en comparación con la
proporción óptima para el crecimiento microalgal (Relación óptima N:P 16:1)
(Redfield 1958), son los principales factores que retrasan el crecimiento de
Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa en los mismos.
El resultado óptimo de crecimiento microalgal y depuración simultáneas, se alcanzó
en mezclas de 50% Purín Vacuno y 50% Suero Ácido de Queso (v/v).
Los consorcios Scenedesmus dimorphus-Azospirillum brasilense y Chlorella
pyrenoidosa-Azospirillum brasilense fueron estudiados por primera vez consociados
de manera programada sin estar co-inmovilizados en microcápsulas de alginato, en
este estudio. Los resultados indican que el consorcio Chlorella pyrenoidosa-
Azospirillum brasilense, es de beneficio para el crecimiento de la microalga, sobre
todo en condiciones adversas al exterior. Esto no ocurre para Scenedesmus
dimorphus en consorcio con la misma bacteria. Además, esta microalga mostró una
escasa tolerancia a bajos pH y altas temperaturas y, sobre todo, inhabilidad para
competir con Chlorella pyrenoidosa en las condiciones cambiantes de los cultivos al
exterior.
En resumen, este estudio muestra que es posible cultivar Chlorella pyrenoidosa
exitosamente y ésta, consociada con una bacteria promotora de crecimiento o sin
ella, es capaz de crecer en efluentes de la industria láctea, tales como el Purín
Vacuno y el Suero Ácido de Queso, sin esterilizar, ni diluir, ni agregar nutrientes, lo
que además de remover contaminantes de los mismos, disminuye la huella hídrica,
de carbono y energética, de un cultivo tradicional de microalgas.
Además, los extractivos lipídicos de la biomasa algal obtenida, contienen
biomoléculas de alto valor agregado que justifican su aislamiento de la biomasa algal
tanto o más que las grasas y aceites a los cuales acompañan.
2020-01-01T00:00:00ZBarreras reactivas permeables como reactores químicos para remediación de aguas subterráneas impactadas con BTEX y MTBE
http://hdl.handle.net/20.500.12272/5174
Barreras reactivas permeables como reactores químicos para remediación de aguas subterráneas impactadas con BTEX y MTBE
Este trabajo de tesis presenta un estudio sobre la aplicación de una cupla de oxidantes
químicos integrados con otros materiales de manera tal de poder ser aplicado como
relleno de barreras reactivas permeables. Dicho sistema ha sido desarrollado para el
tratamiento de aguas subterráneas impactadas principalmente con compuestos
orgánicos provenientes de derrames de naftas. Uno de los oxidantes, el ferrato de
potasio, es un oxidante químico novedoso, por dicho motivo se sintetizó en laboratorio
a través de diferentes vías: húmeda, seca y electroquímica. Posteriormente, se
estudiaron las propiedades de interés más importantes del ferrato de potasio como
ser: su estabilidad en el medio acuoso, su capacidad para degradar BTEX y MtBE
disueltos en agua y el efecto de la variación del pH del medio. A continuación, se
estudió el comportamiento conjunto del ferrato de potasio y del persulfato de sodio,
siendo el persulfato el último compuesto químico en ser empleado en remediación de
agua subterránea por oxidación química in situ en la actualidad. Se desarrolló luego
un pellet constituido por carbón activado, ligante cementicio, caolín y ambos oxidantes.
Dicho pellet fue ensayado como relleno de barreras reactivas permeables considerando
sus propiedades estructurales, su capacidad de adsorción y degradación de BTEX y
MtBE. Para finalizar, se identificaron las principales características hidrogeológicas a
considerar en el diseño de una barrera, que sumadas al desarrollo matemático de los
principales fenómenos fisicoquímicos que suceden dentro de la misma, permitieron
plantear un procedimiento de diseño de barreras reactivas permeables como si se
tratase de un reactor químico.; This aim of this thesis is to study the application of chemical oxidant combinations
integrated with other materials in such a way that it can be applied as a filling of
permeable reactive barriers. This system has been developed to treat contaminated
groundwater with organic compounds mainly derived from gasoline spills. Potassium
ferrate is a novel chemical oxidant with great potential for this issue and whose
synthesis mechanism can be carried out in the laboratory through three different ways:
wet, dry and electrochemical. Furthermore, the most relevant properties of interest of
potassium ferrate were studied, such as its stability in the aqueous medium, its
capacity to degrade BTEX and MtBE dissolved in water and the effect of the pH
variation of the medium. Next, a research on the joint behaviour of potassium ferrate
and sodium persulfate was performed, being persulfate the latest chemical compound
to be used in groundwater remediation by in situ chemical oxidation at present. A fill
(pellet) was developed, consisting of activated carbon, cementitious binder, kaolin,
and both oxidants. It was then tested as a reactive material of permeable barriers
considering its structural properties, its adsorption capacity, and degradation of BTEX
and MtBE. Finally, the main hydrogeological attributes to be considered in the design
of a barrier were identified, which together with the mathematical development of the
main physicochemical phenomena that occur within it, allowed the proposition of a
permeable reactive barrier design procedure as if it were a chemical reactor.
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