Sociedad Colombiana de Catálisis IX Simposio Colombiano de Catálisis Universidad del Valle, Santiago de Cali Septiembre de 2015 1 TABLA DE CONTENIDO COMITÉ ORGANIZADOR ................................................................................................. 3 PATROCINADORES ......................................................................................................... 4 AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ 5 CONFERENCISTAS .......................................................................................................... 6 RESÚMENES DE TRABAJOS........................................................................................... 9 2 COMITÉ ORGANIZADOR Julian Diel Urresta Aragón, Dr. Sc., Director Programa de Posgrado en CienciasQuímica. William H. Lizcano Valbuena, Dr. Sc., Jefe Departamento de Química. María Helena Pinzón Cardenas, Ph.D., Vicedecana Facultad de Ingeniería. Dorian Polo Ceron, Ph.D., Profesor Departamento de Química. Alberto Bolaños Rivera, Ph.D., Profesor Departamento de Química. Miguel Alberto Osejo Knudson, Químico. 3 PATROCINADORES 4 AGRADECIMIENTOS El comité organizador desea agrader a quienes colaboraron para que la II Escuela Internacional de Catálisis y IX Simposio Colombiano de Catálisis pudieran realizarse, en espeacial a los estudiantes: Lina María Piedrahita, Felipe Cardona, Natali Lorena Mena Guerrero, Cindy Bolaños, Oscar Fernando Gonzalez Vera, Cristina Delgado, Cristian Miranda, Angélica María Mayor, Jorge Londoño, Andrey Joaqui, Juan David Londoño, Julianna Mazuera, Jusly Vásquez, Leidy Marín, Viviana Ortega, María Mercedes Hincapié y Alejandra Trochez, por el apoyo logístico. 5 CONFERENCISTAS Dr. Gustavo Pablo Romanelli, Universidad de La Plata. Conferencia: “Química Verde: síntesis orgánica de bajo impacto ambiental mediante el uso de catalizadores sólidos reciclables” Dr. Fransisco Melo Faus, Universidad Politécnica de Valencia. Conferencia: “Reformado con vapor de Hidrocarburos” 6 Dr. Henrique Toma, Universidad de Sao Paulo. Conferencia: “Nanobiocatalysis by enzime immobilized of superparamagnetic nanoparticles” Dr. Cesar Godoy Vargas, Universidad del Valle. Conferencia: “La catálisis originada e inspirada en la vida” 7 Dra. Hebe de las Mercedes Villullas, Universidad Estatal Paulista . Conferencia: “Electrocatálisis para producir energía limpia: bases para diseñar catalizadores multifuncionales” 8 RESÚMENES DE TRABAJOS En orden alfabético 1. Actividad fotocatalítica de películas delgadas de sulfuro de indio y sulfuro de indio en polvo obtenidas por el método chemical bath deposition. 2. Aminopirazoles como ligandos en reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck. 3. Análisis infrarrojo de la adsorción de metanol sobre óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas de Zn/Al para reacciones de transesterificación. 4. Aplicación de minerales arcillosos de la región amazónica como catalizadores en la obtención de gas de síntesis. 5. Aproximación al mecanismo de oxidación alílica de limoneno a carvona con el sistema catalítico FePcCl16-SBA-15/TBHP. 6. Biocatalizadores basados en lipasas co-inmovilizadas para la producción de esteres etílicos de ácidos grasos (Biodiesel). 7. Catalizadores de Cobalto soportado en Materiales Composites: Obtención y su aplicación en Química Fina. 8. Catalizadores heterogéneos para la producción de bio-aceite a partir de bagazo de caña vía licuefacción hidrotérmica – Estudio preliminar. 9. Cinética de la oxidación de limoneno con FePcCl16-NH2-SiO2. 10. Co3O4 sobre Carbón Activado como catalizador en la reacción de oxidación de alcoholes. 11. Coagulación química acoplada a procesos Fenton para el tratamiento de agua residual textil: Optimización de las condiciones de operación. 12. Complejos de Cu (II) soportados en ligandos derivados de 3,5-dimetilpirazol y su estudio como catalizadores en aminación oxidativa de ciclohexeno. 13. Complejos de Pd (II) con ligandos tipo aminochalconas y su evaluación en la reacción de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck. 14. Complejos diméricos tipo Ni[N(ArS2)]: modelo bio-mimético de hidrogenasa. 9 15. Constante de equilibrio de la producción de acetato de nopilo. 16. Degradación de fenol bajo irradiación UV-Vis y visible proveniente de luz solar y artificial usando fotocatalizadores Pt-TiO2. 17. Degradación de bifenilos policlorados (PCB´s) utilizando hidrodeclorinación catalítica con carburos metálicos. 18. Degradación de soluciones de diclofenaco comercial mediante fotocatálisis heterogénea asistida con sensibilización de rojo de metilo. 19. Desarrollo de mesoporos en zeolitas USY por medio de tratamiento amoniacal. 20. Desvulcanización del caucho de neumáticos descartados, aplicando solvente xylol asistido con microondas. 21. Determinación de la cinética de reacción en la mineralización fotocatalítica solar de compuestos orgánicos en reactores de película descendente. 22. Determinación del modelo cinético para la degradación de Azul de Metileno con Dióxido de Titanio Hombitan afdc e171. 23. Efecto de la modificación con Al y Al-Zr sobre la acidez de minerales arcillosos colombianos: estudio comparativo entre bentonita y vermiculita. 24. Efecto de la modificación superficial de TiO2 comercial por adiciòn de F sobre su actividad fotocatalítica en la degradación de colorantes. 25. Efecto de la pilarización y la delaminación sobre las propiedades estructurales y texturales de una esmectita colombiana. 26. Efecto de las fases oxídicas (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O y NiMoO4 soportadas sobre alúmina en la hidrodesulfuración de tiofeno y lCO (light cycle oil). 27. Efecto de las propiedades texturales del TiO 2 en la funcionalización con un complejo dioxo-Molibdeno. 28. Efecto del contenido de Sn en la producción de nopol utilizando catalizadores soportados tipo Sn-MCM-41. 29. Efecto del método de inmovilización de Celulasa en Fe 3O4-SiO2-NH2 y Fe3O4-SiO2-NH2 activada, en la hidrólisis enzimática de celulosa microcristalina. 30. Efecto del Ru en la reducción de Co soportado en óxidos mixtos MgO-Al2O3, derivados de hidrotalcitas utilizados en reacciones de Fischer-Tropsch. 10 31. Efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de ni sobre la efectividad en la cementación gaseosa del acero. 32. Eliminación fotocatalítica de Escherichia Coli en aguas del rio Jordán de la ciudad de Tunja – Boyacá - Colombia. 33. Epoxidación de limoneno con catalizadores de Ti y Au soportados en KIT-6. 34. Esterificación de nopol con ácido acético sobre Amberlyst-15 empleando diferentes solventes. 35. Estudio cinético de la reacción de transferencia de átomos de oxígeno fotoinducida con un complejo de Mo anclado a TiO 2. 36. Estudio comparativo de la acidez en la hidroconversión de n-heptano para dos minerales arcillosos colombianos. 37. Estudio Computacional del Efecto de Compuestos Organo-Nitrogenados Durante el Hidrocraqueo de Compuestos Poliaromáticos Sobre Zeolitas. 38. Estudio de la Actividad Fotocatalítica de Óxidos Tipo Perovskitas en la Degradación del Colorante Cloruro de Metiltionina con Luz Solar. 39. Estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de TiO 2 modificadas con plata. 40. Estudio de la deposición de Paladio sobre Carbón Activado y su efecto en la reacción de hidrogenación de alquino. 41. Estudio de la distribución del 1-naftol en vesículas grandes unilaminares de AOT-BHD por voltametría de onda cuadrada. 42. Estudio de la Electrocinética de la Reacción de Oxidación de Hidrógeno en Paladio utilizando Microscopía Electroquímica de Barrido (SECM). 43. Estudio de la zeolita beta modificada y magnetización en la hidrólisis de celulosa. 44. Estudio de un catalizador bifuncional para la obtención de γ–valerolactona a partir de alcohol furfurilico. 45. Estudio del efecto fotocatalítico con TiO2 en el efluente de agua de la línea de producción de un campo petrolero. 46. Estudios ab initio de la estructura y reactividad de centros metálicos soportados en catalizadores heterogéneos. 11 47. Evaluación de electrocatalizadores basados en paladio para la oxidación de bioetanol en celdas de combustible. 48. Evaluación de la actividad catalítica y selectividad de un óxido tipo perovskita (LaFeO3), en la reacción de oxidación del ciclohexeno. 49. Evaluación de la actividad de TiO2/Fe3O4 en la decoloración de soluciones de azul de metileno mediante fotocatálisis. 50. Evaluación de la actividad fotocatalítica de estructuras unidimensionales del multiferróico BiFeO3 en la degradación del colorante índigo carmín. 51. Evaluación de la actividad fotocatalítica de las perovskitas tipo PLZT y PBZT sintetizadas por la ruta Pechini. 52. Evaluación de la remediación de aguas residuales con clorofenol a partir de un tratamiento fotocatalítico - biológico. 53. Evaluación de la selectividad de un catalizador de oro soportado sobre alúmina en la reacción de oxidación del ciclohexeno. 54. Evaluación de la temperatura en la películaTiO2/CuO/Ag y su efecto antimicrobiano sobre Escherichia coli en luz visible. 55. Evaluación del efecto de la temperatura en la cinética de degradación fotocatalítica heterogénea de azul de metileno. 56. Evaluación del efecto de la temperatura en la descomposición del 2-propanol catalizada con LaFeO3. 57. Evaluación del funcionamiento de fibra textil modificada con TiO 2/AC para la remoción de fenol en medio acuoso. 58. Evaluación del método de fijación de TiO2 en polímero (PET) para aplicación en un fotorreactor. 59. Evaluación del tipo de scattering en la descripción del campo radiante de reactores fotocatalíticos heterogéneos usando simulación Monte Carlo. 60. Fotocatálisis para el tratamiento de agua residual microbiológica usando TiO 2 sensibilizado con un colorante natural y luz visible. 61. Fotodegradación catalítica de ácidos carboxílicos de cadena corta sobre UV/TiO 2: correlaciones QSPR estructura-parámetros cinéticos. 12 62. Hidrocraqueo de gasóleo de vacío con catalizadores basados en zeolita beta. 63. Hidrodeoxigenación de glicerol a propilenglicol usando catalizadores bimetálicos de Cu-Pd/TiO2-Na con diferentes contenidos Cu y Pd. 64. Hidrogenación de m-dinitrobenceno con catalizadores de Rh soportados. 65. Hidrotalcitas de Mg/Al como catalizadores para la epoxidación de nopol. 66. Hidrotratamiento catalítico del furfuril alcohol sobre catalizadores de CuMgAl derivados de precursores tipo hidrotalcitas. 67. Implementación de un fotoreactor para el tratamiento microbiológico del agua de consumo en el colegio INSAI de la india (Santander). 68. Implementación de un proceso fotocatalítico en la vía de escape de un automóvil, para la degradación de óxidos de nitrógeno (NOx). 69. Implementación de un sistema en aerosol de TiO2 para el tratamiento del biodeterioro en papel. 70. Influencia del Ce en la hidrodesulfuración de tiofeno sobre heteropolioxomolibdatos de níquel tipo Anderson. 71. Isomerización de epóxido de limoneno con catalizadores ácidos heterogéneos. 72. Mecanismos de deshidratación y deshidrogenación de glicerol sobre catalizadores básicos: Una correlación experimental y computacional. 73. Mineral arcilloso del Doncello – Caquetá como potencial catalizador en el proceso de oxidación fotofenton de un contaminante orgánico. 74. Obtención de 1,3-propanodiol a partir de glicerol usando catalizadores de PtWOx/ZrO2 preparados por diferentes métodos. 75. Obtención de complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III) para su evaluación como catalizadores en la oxidación de monoterpenos. 76. Obtención de Mo2C másico y soportado sobre una zeolita tipo-Y para el hidrotratamiento de aceite de jatrofa. 77. Obtención de pirroles sustituidos con el uso de catalizadores bifuncionales. 78. Oxidación catalítica del acetato de etilo sobre óxidos mixtos de Mn, Co y Co-Mn. Relación entre las especies de oxígeno y la actividad. 13 79. Oxifuncionalización de trementina mediante catálisis heterogénea y escalado de la reacción. 80. Polietileno admet con control en las ramificaciones mediante catalisis de grubbs de primera generacion. 81. Polioxometalatos de Ni-Mo-W modificados por carburación para la hidrodesulfuración de tiofeno. 82. Potencial catalítico de las zeolitas naturales presentes en la formación Combia, Municipio de La pintada (Colombia). 83. Precursores laminares de Ni/Co/Mo y MCM-41 como catalizadores promisorios en reacciones de oligomerización. 84. Preparación de sistemas híbridos M@NTC (Metal-Nanotubos de carbono) por deposición química-catalítica en fase de vapor – CCVD 85. Preparación y caracterización de óxidos de LaMnO3 en forma de polvo y capa delgada por el método de rocío pirolítico. 86. Preparación y Evaluación de Nanotubos de TiO 2 sensibilizados con Fe3O4 en la oxidación avanzada de soluciones acuosas de glicerol. 87. Preparación, caracterización y evaluación de la actividad catalítica de óxidos mixtos tipo perovskitas La0.9 Sr0.1 BO3 (B=Fe, Co, Mn) en la combustión de metano. 88. Procesos Fenton y foto-Fenton para el tratamiento de aguas residuales coloreadas empleando Fe2O3 soportado en nanotubos de carbono. 89. Producción catalítica de hidrógeno a partir de bioetanol obtenido por fermentación de glucosa. 90. Producción de furfural y precursor de alcanos basado en la transformación catalítica de biomasa. 91. Producción de H2 por reformado con vapor de etanol usando catalizadores de RhPt/CeO2: Efecto de la relación Rh:Pt en el desempeño catalítico. 92. Producción en una sola etapa de 5-hidroximetilfurfural (HMF) a partir de glucosa con el uso de óxidos básicos-ácidos (LaOx/Nb2O5). 93. Producción sostenible de biodiesel a partir de ácido esteárico empleando un nuevo catalizador heteropoliácido de Preyssler. 14 94. Propiedades fotoelectrocatalíticas de películas sol-gel de TiO2 dopadas con boro/óxido de grafeno depositadas en Ti para la oxidación de glicerol. 95. Pt Nanoparticle/Graphene Oxide Modified Screen-Printed Electrodes for Amperometric Detection of H2O2. 96. Reactividad del dibenzotiofeno sobre catalizadores Pd-Pt/Al2O3-SiO2: más allá de la hidrodesulfuración. 97. Sensibilización de nanotubos de TiO2 con Bi2O3 para la oxidación fotoelectrocatalítica de glicerol bajo luz visible. 98. Síntesis de 2-arilpiridina mediante la reacción de Hantzsch utilizando una ftalocianina sulfonada de cobre. 99. Síntesis de AlPOs y SAPOs y su evaluación catalítica en oligomerización de propileno. 100. Síntesis de óxidos de cerio dopados con praseodimio por el método de polimerización-combustión para aplicaciones anódicas en pilas de combustible de óxido solido. 101. Síntesis de Zeolita A y X a partir de cenizas volantes para su uso en la remoción de cromo. 102. Síntesis de zeolita ZSM-5 a partir de cenizas residuales de industrias minera y manufacturera. 103. Síntesis directa de dióxido de titanio dopado con hierro (III) a partir de un mineral natural. 104. Síntesis y caracterización de carburos a base del heteropolioxonión tipo Anderson (NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O soportados sobre alúmina para la hidrodesulfuración de tiofeno. 105. Síntesis y caracterización de catalizadores soportados de TiO2 Y ZrO2 modificados con tungsteno para su aplicación en la hidratación de etileno a etanol. 106. Síntesis y caracterización de complejos de hierro(III) con ligandos derivados de 3,5 dimetilpirazol y su estudio catalítico para la reacción de aminación oxidativa de estireno. 107. Síntesis y caracterización de la perovskita LaFeO 3 en un reactor FASP (Flame Assisted Spray Pyrolysis). 15 108. Síntesis y caracterización de polioxometalatos tipo Anderson de Fe-Mo, Co-Mo y Ni-Mo soportados en zeolitas-β para hidrodesulfuración de tiofeno. 109. Study of Intermediates in the Water Gas Shift Reaction on the Fe 3O4 (001) Surface. 110. Transesterificación de aceite de palma utilizando titanil sulfato extraído de la ilmenita como catalizador sólido ácido. 111. Tratamiento de aguas residuales de la industria textil mediante procesos de oxidación electro-química usando ánodo de diamante dopado con boro. 112. Tratamiento de lixiviados mediante ozonización catalítica heterogénea. 113. Tratamiento de residuos provenientes de un laboratorio de catálisis. 114. Tratamiento terciario de un lixiviado de relleno sanitario con carbón activado granular funcionalizado (Fe-GAC) mediante adsorción/regeneración catalítica. 16 Actividad fotocatalítica de películas delgadas de sulfuro de indio y sulfuro de indio en polvo obtenidas por el método chemical bath deposition. a a a W. Vallejo *, C. Diaz-Uribe , K. Rios . a Universidad del Atlántico, Grupo de Investigación en Fotoquímica y Fotobiología, Barranquilla, Colombia. Email: *[email protected] Resumen En este trabajo se sintetizaron películas delgadas de sulfuro de indio (In S ) y sulfuro de indio en polvo a través del método CBD, como precursores se utilizaron citrato de sodio, ácido acético, cloruro de indio, tioacetamida, a un pH aproximadamente de 2 y a una temperatura de 70°C. Los catalizadores obtenidos se caracterizaron por difracción de rayos X y espectrofotometría. Finalmente se realizaron ensayos de fotodegradación utilizando como contaminante modelo azul de metileno (AM) con una concentración de 10 ppm Estudios realizados en los últimos años muestran que a diario se vierten aproximadamente 2 millones de toneladas de aguas contaminadas en el mundo, esta es un problemática que causa gran impacto a nivel mundial. Los procesos de oxidación avanzada se consideran muy atractivos y de un gran interés para el tratamiento de aguas residuales ya que son capaces de lograr de forma adecuada y completa la oxidación y mineralización de la materia orgánica que se encuentra presentes en estas aguas. Actualmente, el dióxido de titanio (TiO ) es uno de los semiconductores más investigados en fotocatálisis heterogénea; este material es inocuo para la naturaleza, térmica y químicamente muy estable, sin embargo, debido a su elevado valor de band gap (3,2 eV); solo es foto-catalíticamente activo la región ultravioleta del espectro electromagnético. Como posibles alternativas foto-catalíticas el sulfuro de indio (In S ) es considerado un material prometedor, debido a su estabilidad química y bajo valor de valor de banda prohibida de 2,0 eV, este material ha reportado actividad en el rango visible del espectro electromagnético. En este trabajo se busca realizar un estudio comparativo de la potencial actividad fotocatalítica de películas de In S y muestras de In S en polvo obtenidas por CBD. 2 2 2 2 3 17 2 3 3 3 Grafico 1. Cambio de concentración AM vs tiempo bajo irradiación visible En la gráfica 1 se puede observar la variación en la concentración AM en función del tiempo utilizando sulfuro de indio en polvo y en película como fotocatalizador. Se puede apreciar que la forma física del fotocatalizador afecta sus propiedades fotocatataliticas. En este caso el fotocatalizador en polvo presenta una reducción en la concentración inicial de AM del 84%, mientras que el fotocatalizador en película delgada presenta una reducción en la concentración inicial de AM del 69%, es posible que bajo las condiciones de operación el fotocatalizador en polvo presente mayor superficie de contacto. Palabras clave: fotocatálisis heterogénea; In S ; chemical bath deposition; películas delgadas. 2 Tabla de contenido 18 3 Aminopirazoles como ligandos en reacciones de acoplamiento CC tipo Mizoroki-Heck a* a b John Eduard Torres González , Fernando Cuenú Cabezas , Rodrigo Abonia Gonzalez . a Laboratorio de Química Inorgánica y Catálisis, Universidad del Quindío, Armenia, Colombia 630003 b Departamento de Química, Universidad del Valle, Cali-Colombia a a Email: [email protected], [email protected] Resumen Se coordinarón cuatro aminopirazoles a paladio (fenilpirazol, 2-nitrofenilpirazol, 3nitrofenilpirazol y 4-nitrofenilpirazol), generando complejos diméricos, en donde cada átomo de paladio posee una geometría cuadrado planar, con un cloro terminal y dos cloro puente, y los ligantes pirazólicos en una configuración trans. Esquema 1. Reacción de acoplamiento de los ligantes pirazólicos a paladio Los complejos de paladio pirazol formados se evaluaron en reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck entre estireno y derivados del iodobenceno (4-bromo-iodobenceno e iodobenceno), además se utilizó el 2,3-dihidrofurano como alqueno, el cual se hizó reaccionar con iodobenceno. 19 Esquema 2. Reacción de acoplamiento C-C Mizoroki-Heck con los complejos de Paladio-Pirazoles Los complejos presentaron actividad y una alta selectividad hacia los trans-estilbenos. El test de la gota de Hg, indica que las reacciones son de tipo homogéneo, por lo tanto, los ligantes pirazólicos hacen parte de la especie catalíticamente activa. Se realizaron estudios del efecto de la base dando como resultado que el K CO y la Et N proporcionan un medio alcalino óptimo para la activación de los catalizadores. Se comparó el comportamiento de los catalizadores de paladio - pirazoles con el catalizador comercial PdCl (PPh ) , en medio acuoso, y se encontró que nuestros complejos no se descomponen, como si le ocurre al catalizador comercial, además se encontró que los complejos con nitropirazoles, son más activos en medio acuoso. Por ello, hemos comparado el efecto de la posición del grupo nitro para determinar la actividad y selectividad de las reacciones de acoplamiento C-C de tipo Heck en DMF y DMF-H O (1:1) dando como resultado que el 2-nitropirazol (2) activa mas al paladio y lo hace más selectivo que los complejos con los pirazoles que tienen nitro en la posición tres (3) y cuatro (4), entrando en resonancia con los fines de la catálisis, el cual es el de generar la menos cantidad de residuos, y la utilización del agua como solvente, convirtiéndose en complejos ambientalmente más amigables. 2 2 3 3 3 2 2 Palabras clave: Paladio; pirazol; Mizoroki-Heck; Iodobenceno; 2,3-DHF. Tabla de contenido 20 Análisis infrarrojo de la adsorción de metanol sobre óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas de Zn/Al para reacciones de transesterificación Gina Hincapiéa*, Diana Lópezb, Andrés Morenoc a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia, 050010. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El biodiesel es obtenido a partir de aceites vegetales principalmente mediante la reacción de transesterificación con alcoholes de bajo peso molecular. Actualmente existe un proceso industrial denominado Esterfip-H que utiliza un catalizador heterogéneo basado en un óxido binario de zinc y aluminio que permite la obtención de un combustible cumpliendo con la normativa europea. Sin embargo, este proceso tiene asociadas ciertas desventajas, como son: solo pueden utilizarse aceites refinados ya que los ácidos grasos libres y el agua envenenan los sitios activos del catalizador; además, la temperatura de reacción requerida está en el rango de 180-220°C y en consecuencia la presión de trabajo es relativamente alta. Las limitaciones asociadas a dicho proceso llevan a pensar en la falta de entendimiento que existe aún al respecto del mecanismo de reacción de transesterificación con estos materiales y en cómo la comprensión del proceso de activación del alcohol sobre el catalizador puede llevar al diseño de materiales que sean útiles a condiciones de reacción más suaves y que cumplan con las condiciones de actividad y estabilidad necesarias para un proceso industrial. En este sentido, en la presente investigación se prepararon diversos óxidos mixtos a partir de hidrotalcitas (HT) y se evaluó el efecto de sus propiedades ácido-base (controladas a través de la variación de la relación molar Zn2+/Al3+) en la activación de metanol para la reacción de transesterificación de triacetina utilizada como compuesto modelo. Las HT fueron sintetizadas por el método de co-precipitación de los cationes metálicos. Los óxidos mixtos fueron obtenidos mediante descomposición térmica de las HT. Con el objetivo de determinar el efecto de la relación molar M2+/M3+ sobre las propiedades ácido-base en los óxidos mixtos y su relación con la activación de metanol; se realizó un estudio de adsorción de metanol seguido por espectroscopía infrarroja de reflectancia difusa (in-situ DRIFTS). Empleando esta metodología se encontró que para los sólidos bajo estudio, la adsorción de metanol está caracterizada por la presencia de dos bandas de estiramiento (C-O) alrededor de 1000 cm-1, asociadas a metanol adsorbido como grupo metoxi (monoy bi-dentado), provenientes de la adsorción disociativa del metanol en interacción con 21 sitios del tipo par ácido-base presentes en la superficie de los sólidos. La información obtenida mediante el análisis DRIFTS fue relacionada con los resultados de actividad catalítica en la reacción de transesterificación de triacetina con metanol (condiciones de reacción: 60°C, r.molar metanol/triacetina 10/1, 10% cat.). Se logró identificar que existe una correlación directa entre la cantidad de sitios metoxi monodentados, generados por la adsorción disociativa del metanol sobre los pares ácido-base M2+(M3+)-O2-, y la actividad de los catalizadores en la reacción de transesterificación. El sólido que generó una mayor conversión (29.1%) fue el material con una relación molar Zn/Al = 2. La actividad catalítica de este material está relacionada fundamentalmente con la presencia de sitios ácido-base débiles y de fortaleza media, además con la homogeneidad del óxido mixto sintetizado lo que conlleva a la formación de una mayor cantidad de dominios Al-O-Zn; resultando en una relación de sitios ácidos a sitios básicos (Na/Nb) óptima en donde la cantidad de especies metoxi monodentadas es adecuada para generar la mayor actividad catalítica en la serie de óxidos estudiada. Palabras clave: DRIFTS, óxidos mixtos; hidrotalcitas, biodiesel, transesterificación. Agradecimientos: los autores agradecen a Colciencias por la financiación del Proyecto con código 111556933557; a la Universidad de Antioquia por la financiación a través del Programa Sostenibilidad 2014-2015. G.H. agradece a Colciencias y a la Universidad de Antioquia su beca doctoral. Tabla de contenido 22 Aplicación de minerales arcillosos de la región amazónica como catalizadores en la obtención de gas de síntesis a a b Lina Marcela Bolívar Pineda , Leidy Yaneth González Rodríguez , Jaime Andrés Gallego , Maurin Salamanca Guzmánc,*. a Universidad de la Amazonia, Grupo de investigación Materiales, Ambiente y Desarrollo – MADE, Florencia, Colombia. b Universidad de Antioquia, Grupo de investigación Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente – QUIREMA, Medellín, Colombia. c Universidad Militar Nueva Granada, Grupo de investigación Química Ambiental y Tecnologías Limpias – QUATELI , Bogotá, Colombia. Email: [email protected], [email protected], b [email protected], c,* [email protected] Resumen Se realizó la modificación de arcillas naturales tipo bentonita proveniente del departamento de Caquetá (Colombia) por el método de autocombustión para uso como catalizadores en la producción de gas de síntesis a partir de la descomposición de etanol utilizando como fase activa níquel y cobalto. Los catalizadores se caracterizaron por difracción de rayos X y los productos gaseosos de reacción fueron analizados por un espectrómetro de masas en línea. Gracias a las propiedades fisicoquímicas de las arcillas, específicamente las bentonitas, son ampliamente usadas en catálisis a nivel industrial, dichas propiedades derivan principalmente de su pequeño tamaño de partícula, su morfología laminar y las sustituciones isomórficas, además de su abundancia en la naturaleza; su modificación por autocombustión presenta ventajas como excelente homogeneidad química, sólidos con alto nivel de pureza y cristalinidad, control del tamaño de partícula y reducción de la aglomeración de nanopartículas, como níquel y cobalto que poseen grandes energías superficiales e interacciones magnéticas fuertes, se adiciona que se realiza de forma sencilla, usando temperaturas bajas de síntesis y tiempos de reacción cortos, además se emplea un mínimo de agua en el proceso, lo que la hace amigable con el ambiente. Por esta razón se sintetizaron catalizadores soportados en arcilla de níquel, cobalto y mezcla de estos, ya que son metales activos para la producción de gas de síntesis. El análisis de los difractogramas permitió identificar las fases cristalinas presentes en el mineral arcilloso como cuarzo, caolinita y bentonita como componente principal. De igual forma se afirma que la naturaleza del mineral es dioctaédrica debido a la presencia de la señal de difracción d = 1,48 Å en 62,63° posición 2θ. Al realizar la caracterización para los minerales modificados por autocombustión para la incorporación de los metales, no se observa la formación de óxidos de níquel y cobalto. La ausencia de señales de los óxidos 060 23 sugiere una alta dispersión de los mismos o la inclusión de los elementos en la estructura de la arcilla, ya sea interlaminar o como sustitución isomórfica. Para la obtención del gas de síntesis se realizó la descomposición del etanol ya que se puede obtener a partir de biomasa y se convierte en una fuente renovable de carbono. El seguimiento de los gases en la reacción se realizó con el espectrómetro de masas, los gases obtenidos mostraron una relación de 1,5 entre H /CO (gas de síntesis) para los catalizadores soportados a base de Co y Ni, mientras que para el catalizador Ni-Co esta relación fue de 1,3. En todos los casos se logró obtener una relación H /CO en un intervalo de 1 a 2 lo cual es favorable para la síntesis Fischer-Tropsch y obtención de metanol. La arcilla modificada mediante autocombustión, permitió obtener un catalizador que favorece la producción de gas de síntesis a partir de etanol. Esto confirma que la transformación mediante modificaciones sencillas de materiales naturales, como las arcillas, genera soportes catalíticos activos para la producción de gas de síntesis, lo cual potenciaría los recursos del Departamento del Caquetá y su aplicación en catálisis. 2 2 Palabras clave: Bentonita; catálisis; gas de síntesis; etanol. Tabla de contenido 24 Aproximación al mecanismo de oxidación alílica de limoneno a carvona con el sistema catalítico FePcCl -SBA-15/TBHP 16 a* b c Diana L. Grajales L. , Lina M. González , Aída Luz Villa . a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La obtención de carvona mediante la oxidación alílica de limoneno es un método de interés académico e industrial ya que el limoneno es una materia prima abundante y de bajo costo (1.5-5 USD/libra). El proceso puede llevarse a cabo utilizando ftalocianina de hierro hexadecaclorada soportada en silica amorfa (FePcCl -SiO ) como catalizador e hidroperóxido de terc-butilo comercial (TBHP), obteniéndose rendimientos a carvona del 13% (313 K, 24 h) El reto actual del proceos es obtener rendimientos altos a carvona. El rendimiento a carvona podría mejorarse controlando la reacción con el uso de soportes mesoestructurados como el material silíceo SBA-15. Adicionalmente, si se conoce el mecanismo mediante el cual se transforma el limoneno en carvona, podría modificarse el rendimiento de la reacción. Resultados previos han mostrado que en la oxidación alílica de ciclohexeno con el sistema catalítico FePcCl -SiO /TBHP, la reacción sigue un mecanismo radicalario, lo que puede hacer más complejo el incremento en el rendimiento. En esta contribución, se presenta la evaluación de la formación de radicales libres durante la oxidación de limoneno con el catalizador FePcCl inmovilizado en SBA-15 y TBHP, con el fin de determinar el efecto del soporte en el mecanismo de reacción seguido en la oxidación alílica de limoneno con TBHP. Para la síntesis del catalizador, el complejo FePcCl , previamente sintetizado en el grupo Catálisis Ambiental, se inmovilizó en SBA-15, preparada con el co-polímero tribloque amfifílico (EO) (PO) (EO) y tetraetilortosilicato, tratada previamente con 3aminopropiltrietoxisilano. El contenido de hierro en el catalizador, determinado por análisis elemental, fue de 42.98 µmol Fe/g. En una reacción de oxidación alílica típica se añadió el catalizador (0.26% mol) a 1.5 mL de solución de limoneno en acetona 0.13 M; luego se añadieron 50.6 µL de TBHP comercial (70% acuoso) a la suspensión y la mezcla de reacción se agitó (875 rpm) y se calentó en una placa de calentamiento de aluminio (313 K) durante 30 min. En algunas reacciones se añadieron 80 mg de 2,4-di-terc-butilfenol (2,4-DBP) para inhibir la formación de radicales. Los productos de reacción se separaron del catalizador por filtración y se analizaron mediante GC-MS; la cuantificación se realizó con decano como estándar interno. La posible formación de hidroperóxido de limoneno se determinó por diferencia en la concentración de carveol antes y después del tratamiento 16 16 16 16 20 70 20 25 2 2 de una muestra de la mezcla de reacción (0.2 mL) con igual volumen de una solución de PPh (0.19 M - 0.38 M) en una mezcla al 40 % de etanol en diclorometano, durante 2 horas. La conversión de TBHP se determinó por titulación con Na S O de muestras de la solución después dereacción. La abstracción de hidrógeno de la posición alílica y la formación del hidroperóxido de sustrato son típicos en reacciones de oxidación alílica, especialmente mediante el mecanismo de radicales libres. Los resultados indicaron que durante la reacción hay formación de radicales libres, ya que tanto la conversión de limoneno como la de TBHP disminuyeron en presencia del inhibidor de radicales 2,4-DPB. Adicionalmente, los resultados confirman el papel del catalizador en la descomposición de TBHP en radicales libres, al observarse un significativo aumento de la descomposición del TBHP con la presencia del catalizador (de 0.9 a 30%) y una disminución de ésta (hasta 22%) en presencia del inhibidor 2,4-DPB. No se detectó la formación de hidroperóxido de limoneno; no se encontraron diferencias significativas en la concentración de carveol después del tratamiento con PPh bajo ninguna de las condiciones descritas anteriormente. 3 2 2 3 3 Palabras clave: carvona; mecanismo oxidación alílica; limoneno; ftalocianinas de hierro; SBA-15. Tabla de contenido 26 Biocatalizadores basados en lipasas co-inmovilizadas para la producción de esteres etílicos de ácidos grasos (Biodiesel). Diego F. Rodríguez Sáncheza, César A. Godoy Vargasb*, Jessica Medinac. a,b,c Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia. e-mail: [email protected], [email protected], c [email protected]. Resumen La producción de Biodiesel empleando biocatalizadores basados en lipasas inmovilizadas es un tópico ampliamente estudiado debido a las múltiples ventajas que presenta este tipo de catálisis, entre las cuales se encuentran: la obtención de productos más puros, menor cantidad de desechos, uso de reactores más simples, condiciones de reacción moderadas y la utilización de materias primas de baja calidad como aceites usados o con altos índices de acidez que no pueden ser empleados en la catálisis básica homogénea convencional. Sin embargo a pesar de las múltiples ventajas que presentan este tipo de catalizadores aún se encuentran restringidos debido a su alto costo, una relativa baja actividad y grados de conversión comparados con los métodos químicos. Se ha observado que es posible mejorar tal actividad empleando mezclas de derivados monoenzimáticos cuyas enzimas presenten actividad catalítica complementaria en el procesado de reaccionantes e intermediarios durante la síntesis de biodiesel. En este trabajo nuestra propuesta es inmovilizar un binomio de enzimas complementarias en la misma partícula-superficie del soporte siendo nuestra hipótesis que la actividad resultante puede ser mejorada al evitar la componente del tiempo de difusión de los productos generados por una enzima (que serán sustratos de la otra) desde y hacia la partícula de los soportes en el caso de mezclas de derivados monoenzimáticos. También nuestra hipótesis es que el grado de cooperatividad de las enzimas en la reacción es una función de su fracción en el soporte y de parámetros de reacción como (T, relación molar EtOH/Aceite y % del biocatalizador en la mezcla). Las lipasas escogidas para este estudio fueron las de Candida antarctica (CALB) y Thermomyces lanuginosus (TLL) debido a que presentan propiedades interesantes en el proceso de producción de biodiesel, por ejemplo: CALB muestra una alta capacidad para esterificar ácidos grasos libres lo cual la haría ideal para su uso en aceites usados y una mayor afinidad hacia triglicéridos en comparación con TLL lo cual permitiría la obtención de conversiones iniciales altas, en contraposición TLL ha demostrado poseer altos porcentajes de conversión pero velocidades iniciales bajas, además de ser más a fin por intermediarios de reacción como di y mono glicéridos. Mediante absorción por etapas se produjeron catalizadores con diferentes fracciones de saturación de TLL y CAL B en el soporte Lewatit® VP OC 1600 y siguiendo un Diseño 27 experimental tipo Compuesto Central (CCD), estos fueron evaluados bajo diferentes condiciones de reacción en la transesterificación de aceite de palma y EtOH. Nuestros resultados mostraron que tanto la fracción de enzima co-inmovilizada como los parámetros de reacción influyen marcadamente en la velocidad inicial y en menor grado en el porcentaje de conversión. De este modo, fue posible producir un biocatalizador de enzimas co-inmovilizadas entre 150% y 700% más activo que los biocatalizadores de referencia y bajo condiciones de reacción altamente sostenibles. Esto trabajo demarca el camino para aplicar la co-inmovilización de lipasas en otros bioprocesos y empleando diferentes superficies de inmovilización para modular la complementariedad catalítica. Palabras clave: Biocombustibles; Biodiesel; Biocatalizador; Co-inmovilización; Lipasas. Tabla de contenido 28 Catalizadores de Cobalto soportado en Materiales Composites: Obtención y su aplicación en Química Fina a,b c d c Cristian Miranda , Juan Badano , Fernando Coloma-Pascual , Mónica Quiroga , Alfonso a c, Ramírez , Cecilia Lederhos * a Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia b Grupo de Investigación en Catálisis y Procesos (LICAP), Universidad del Valle, Cali, Colombia c Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE, UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina d Servicios Técnicos de Investigación, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Alicante, España a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La hidrogenación selectiva de dobles y triples enlaces carbono–carbono es una de las reacciones fundamentales para la síntesis de productos de Química fina y de la industria química en general. Una importante cantidad de procesos y aplicaciones en diferentes industrias se basan en hidrogenaciones catalíticas de hidrocarburos insaturados por vía heterogénea. La purificación de corrientes olefínicas utilizadas en la industria de polímeros es de gran importancia ya que puede modificar las propiedades de los plásticos obtenidos al final del proceso. La preparación de soportes inorgánicos utilizados en la elaboración de catalizadores metálicos soportados, constituyen procesos largos y utilizan altas temperaturas, con lo que hacen que la estructuración final se convierta en un inconveniente, sin contar con el hecho que de sus propiedades mecánicas dependa su aplicación, es decir deben ser lo suficientemente resistentes para ser empleados en la industria. Los materiales composites, tienen la ventaja de ser muy resistentes, con lo que su empleo como soporte podría incrementar las ventajas de los catalizadores estructurados. Por estas razones, el objetivo del presente trabajo, es depositar cobalto sobre estos materiales composites, para la obtención de catalizadores tipo egg-shell y posteriormente, evaluarlos en la reacción de hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1hepteno. Los materiales composites y su preparación se encuentran bajo trámites de protección de la propiedad intelectual. Estos son preparados a partir de una fase inorgánica (hidrofílica) constituida por alúmina (γ--Al O CK-300, S : 180 m g ), y otra orgánica (hidrofóbica) formada por la mezcla de monómeros (bisfenol A glicerolato dimetacrilato [BGMA], trietilenglicol dimetacrilato [TEGDMA] y diuretano dimetacrilato [UDMA]) y un iniciador de polimerización (peróxido de benzoílo). Luego de homogenización y tratamiento de temperatura, las mezclas son extrudadas y colocadas en estufa a 373 K 1 h para obtener 2 2 3 BET 29 -1 materiales rígidos, que serán los soportes denominados: BTAl y UTAl. Sobre dichos materiales y por el método de impregnación por humedad incipiente, se deposita una solución de CoCl en concentraciones finales en el catalizador de 1 % m/m Co. Los catalizadores son secados y reducidos en H a 503 K durante 1 h. También fue preparado un catalizador de Co/Al O usando el mismo método de preparación y bajo los mismos tratamientos térmicos, a modo de comparación. Los catalizadores fueron caracterizados por ICP, XPS, y morfológicamente por: SEM, EDS y Microscopía Óptica. Los catalizadores (Co/UTAl, Co/BTAl y Co/Al O ) son evaluados en la reacción de hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1-hepteno, en un reactor semicontinuo tanque agitado de acero inoxidable a 800 rpm, 303 K, 150 kPa de presión de H y usando 0,3 g de catalizador. Como alimentación se utilizaron 75 mL de una solución al 2 % (v/v) de 1heptino en tolueno. Reactivos y productos fueron analizados por GC con detector FID y columna capilar. Por XPS se pudo detectar los tres catalizadores presentan especies electrodeficientes sobre la superficie de Co: Co (BE≈781,4 eV). Sin embargo, Co/UTAl presenta además especies superficiales de Co° (BE≈778 eV), siendo su relación atómica superficial Co /Co°: 2.85 y una mayor relación atómica superficial de Cl/Co (1,03), respeto del resto de catalizadores. Los catalizadores obtenidos presentaron selectividades a 1-hepteno muy elevadas y relativamente similares (85-95%). Los catalizadores soportados sobre los nuevos materiales composites resultaron ser más activos con conversiones totales de: Co/UTAl (X ≈42%), Co/BTAl (X ≈29%) y Co/Al O (X ≈6%). Las diferencias encontradas entre Co/UTAl y Co/BTAl, pueden ser atribuidas a la presencia de Co° y mayor contenido de Cl superficial sobre el primer catalizador, lo que mejora las interacciones entre sustrato y especies superficiales. 2 2 2 3 2 3 2 2+ 2+ T T 2 3 T Tabla de contenido. 30 Catalizadores heterogéneos para la producción de bio-aceite a partir de bagazo de caña vía licuefacción hidrotérmica – Estudio preliminar Alejandro Sotoa, Gina Hincapiéb, Diana López*c. a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia, 050010. a b c Email: [email protected], [email protected] ,* [email protected] Resumen El bio-oil es un aceite obtenido como producto de la descomposición de biomasa lignocelulósica mediante procesos termoquímicos. El propósito principal de dichos procesos es obtener combustibles líquidos o productos químicos de valor agregado. La composición del bio-oil tiende a ser variable dependiendo del tipo de biomasa, pero en general se encuentra constituido de compuestos fenólicos, aldehídos, ésteres y derivados de furanos. En la literatura se ha encontrado que el uso de un catalizador que favorezca la descomposición de la biomasa, es de gran importancia para mejorar los rendimientos en procesos de licuefacción; así mismo, para favorecer la selectividad hacia ciertos compuestos. En este sentido, en la presente investigación se realizó un estudio preliminar de la reacción de licuefacción hidrotérmica de bagazo de caña con glicerol como solvente, utilizando diferentes catalizadores sólidos; con el objetivo de observar cómo la naturaleza ácida o básica del catalizador afecta el rendimiento de la reacción y la naturaleza química de los productos obtenidos. Se escogió como materia prima el bagazo de caña ya que es un residuo altamente generado por los ingenios azucareros y por los cultivadores de la caña en sus trapiches luego de extraer sus azúcares. Además, es un material rico en celulosa y hemicelulosa por lo que se considera promisorio para obtener a partir de él diferentes productos líquidos de valor agregado. La reacción de licuefacción hidrotérmica se realizó en un reactor tipo autoclave con adición de 0.5 g de bagazo de caña, glicerol como solvente en proporción 20:1 en relación a la biomasa y el catalizador al 2% en peso respecto al solvente. Fueron evaluados los siguientes catalizadores: PURAL MG70® (SASOL Germany), que corresponde a una hidrotalcita con relación molar Mg-Al=3 y el óxido mixto derivado de la misma por calcinación a 500°C (Mg-O-Al), una muestra de zeolita comercial (Zeolyst International) (NH4) ZSM-5 y su derivado obtenido por calcinación bajo las mismas condiciones mencionadas con anterioridad (ZSM-5); La reacción de licuefacción se llevó a cabo a 300°C por 4 h en una atmósfera de argón (Ar) de 1MPa. 31 Los rendimientos obtenidos con cada uno de los catalizadores, así como los principales compuestos químicos observados en los productos de las diferentes reacciones, se presentan a continuación: Muestras Rendimiento Compuestos químicos obtenidos Bio-oil PURAL 5,25 % [Fenol, 2-metil-];[Oxirano, (etoximetil)-];[Fenol] MG70® Mg-O-Al 6,41% [Oxirano, (etoximetil)* ];[Fenol, 2-metil] (NH4 )ZSM- 1,03% [2-metil-1-[1-(2-metilpropoxi) ethoxi] propano]; [Ácido 5 Propanoico, 2, 2 -dimetil-, hexil ester]; [Fenol]. ZSM-5 9,80% [Oxirano, (ethoximetil)-]; [Fenol]; [Etanol, 2-(1, 1dimetiletoxi)]. Figura 1.Compuestos más abundantes en los bio-aceites obtenidos. De acuerdo con los resultados contenidos en la tabla anterior, el mejor rendimiento fue obtenido con el material denominado ZSM-5, esto probablemente debido a que es un sólido altamente ácido y favorece por tanto, el rompimiento de enlaces glicosídicos y tipo éter. De igual manera, se observa que los compuestos más abundantes corresponden a productos derivados de la celulosa y hemicelulosa que reaccionan con glicerol o sus derivados. Además, se observa una contribución importante de la lignina hacia la formación de fenol o derivados de este. Palabras clave: licuefacción hidrotérmica, bagazo de caña, zeolitas, hidrotalcitas. Agradecimientos: Los autores agradecen a Colciencias por la financiación del proyecto con código 111556933557; a la Universidad de Antioquia por la financiación a través del Programa Sostenibilidad 2014-2015. Tabla de contenido 32 Cinética de la oxidación de limoneno con FePcCl -NH -SiO 16 a b 2 2 c, Jaime Andrés Becerra Chalá , Aída Luz Villa , Lina María González Rodríguez *. a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen Los aceites esenciales se extraen principalmente de materias primas de origen agroindustrial y están constituidos por terpenos; por ejemplo, el limoneno es el principal componente del aceite esencial de naranja. Los productos de oxidación del limoneno poseen alto valor comercial (superior a 10 USD/kg) y se utilizan en la fabricación de fármacos, agroquímicos, fragancias, aditivos alimenticios, colorantes, pigmentos, adhesivos, recubrimientos y dispositivos electrónicos. En la oxidación de limoneno se presentan dos reacciones competitivas: oxidación del enlace doble que origina epóxidos y la incorporación de oxígeno en posiciones alílicas del sustrato para producir alcoholes y cetonas. En este trabajo se presenta el estudio cinético de la oxidación de limoneno, con hidroperóxido de terc-butilo comercial (TBHP) y ftalocianina de hierro soportada en sílica (FePcCl NH -SiO ). El catalizador FePcCl NH -SiO es fácil de sintetizar y presenta excelentes propiedades térmicas y mecánicas; está inspirado en biosistemas como la enzima férrica Citocromo P450 que cataliza oxidaciones en organismos vivos. La sustitución de halógenos en la periferia incrementa el potencial redox y la inmovilización en sílica aumenta la actividad y estabilidad del catalizador. Las reacciones se analizaron hasta 30 min variando la cantidad de catalizador (0 – 11.5 mg), la concentración inicial de TBHP (0 - 0.75 M) y de limoneno (0 - 0.302 M) para estimar la velocidad inicial de reacción de limoneno; adicionalmente, se efectuaron reacciones variando la temperatura (3.5 – 50 ºC). La cuantificación de terpenos se realizó con curvas de calibración por cromatografía gaseosa en un GC Agilent 7890A equipado con un detector de ionización de llama (FID) y espectrómetro de masas MS Agilent con detector 5975C y la concentración del agente oxidante TBHP se cuantificó mediante titulación con Na S O en una solución acuosa de KI con H SO . 16- 2 2 2 16- 2 3 2 2 2 33 4 (a) (b) (c) (d) Figura 1. Efecto de la variación de la concentración inicial de limoneno (a), TBHP (b), catalizador (c) y temperatura (d) en la velocidad inicial de desaparición de limoneno. Condiciones de reacción: 40 ºC, 750 rpm, catalizador malla 170 - 200 y acetona como solvente. A: limoneno, B: TBHP. La velocidad inicial de desaparición de limoneno incrementa con la concentración inicial de limoneno hasta una concentración de 0.12 M, a partir de la cual se mantiene constante (Figura 1a). Con la concentración de agente oxidante no se observa una tendencia lineal (Figura 1b), lo cual supone una posible interacción entre los reactivos y el soporte en el mecanismo cinético. En el caso del catalizador se observa que esta variación es lineal, Figura 1c, y con la temperatura se evidencia el incremento en la velocidad inicial de desaparición de limoneno después de 20 °C (Figura 1d). Palabras clave: ftalocianina; limoneno; oxidación alílica; TBHP; cinética. Tabla de contenido 34 Co O sobre Carbón Activado como catalizador en la reacción de oxidación de alcoholes 3 4 a a, a,d b Misael Córdoba , Alfonso E. Ramírez *, Cristian D. Miranda , Cecilia Lederhos , Yannick c Pouilloux . a Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán-Colombia. b INCAPE (UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina. 3000. c Institute de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers, Université de Poitiers,UMR 7285, 4 rue Michel Brunet – TSA 51106 86073 Poitiers Cedex- France. d LICAP, Departamento de Química, Universidad del Valle, Melendez-Cali. Email: [email protected], [email protected], [email protected]; d [email protected]; e [email protected] Resumen Los aldehídos y cetonas son ampliamente utilizados como materia prima en diferentes procesos industriales y de química fina y por ello su obtención se considera de vital importancia. Estos productos pueden obtenerse de la oxidación del alcohol correspondiente, aunque la reacción clásica presenta dificultades considerables, dado que se utilizan convencionalmente cantidades estequiométricas de agentes oxidantes como sales de cromo (IV); un problema adicional con estos oxidantes, además de ser muy caros, es que generan residuos que contaminan el medio ambiente. Como alternativa, se plantea el uso de oxidantes más prometedores y ambientalmente limpios, como O o aire que generan H O como el subproducto único. En la búsqueda de catalizadores que sean activos, selectivos y de bajo costo, el Co O sobre carbón activado (CA), contribuye a un proceso de síntesis verde, a una elevada selectividad y la eficacia de la oxidación aeróbica de los diferentes alcoholes. En este trabajo, se evalúa la actividad y selectividad durante la reacción de oxidación de diferentes alcoholes, aromáticos y alifáticos, para la obtención de los correspondientes aldehídos y cetonas, usando oxígeno molecular (O ) en presencia de un catalizador heterogéneo de óxido de cobalto soportado sobre carbón activado (Co O /CA). Para la síntesis del catalizador, partículas de óxido de cobalto fueron soportadas sobre carbón activado G60, de elevada área superficial. Se partió de Co(NO ) •6H O para preparar el catalizador Co O /CA, por el método de impregnación húmeda, obteniéndose un catalizador con 15,2% en peso de Co. El sólido final fue secado y tratado en atmósfera inerte (N ) a 350 ° C durante 2 h en un horno de circulación. El catalizador fue caracterizado por AAS, XPS, FTIR y DRX. La reacción de oxidación de los diferentes sustratos se llevó a cabo en un reactor semi-discontinuo, usando 20 µL de alcohol, 0,1 g de Co O /G60 y 20 mL de tolueno. La temperatura de reacción fue de 80 °C y el flujo de O utilizado de 50 mL min . Luego de la reacción, el catalizador se separó por filtración, y la 35 2 2 3 4 2 3 3 2 3 4 2 4 2 3 4 2 -1 mezcla de reactivos y productos fue analizados en un GC con detector FID y columna capilar. Durante la caracterización del catalizador se pudo detectar por XPS que el sólido presenta dos especies superficiales de Co: Co (BE: 779,9 eV) y Co (BE: 781,4 eV); siendo Co /Co relación atómica superficial de 1,07. El sólido mostró los picos de difracción de rayos X característicos de Co O . Durante la reacción de oxidación de un alcohol aromático, tal como alcohol bencílico para la obtención de benzaldehído, se obtuvo una conversión de 96 % y una selectividad superior al 99 %, a 4 h de reacción. En general, se obtuvieron buenos resultados para los alcoholes aromáticos (derivados de alcohol bencílico) con respecto a la conversión y la selectividad, mientras que en el caso de los alifáticos, tanto los primarios como secundarios presentaron baja conversión; estos resultados son clave para entender más sobre la actividad de este tipo de catalizador en la síntesis verde de aldehídos y cetonas. Nuestro estudio permite concluir que Co O /G60 es un sólido activo y estable para la reacción de oxidación de alcoholes, logrando los mejores resultados de actividad y selectividad, con alcoholes de tipo bencílico. Además de contribuir a la oxidación verde de alcoholes debido al uso el agente oxidante (O ) ya que se obtiene agua como único subproducto. Los efectos estéricos y electrónicos procedentes de los grupos superficiales del soporte durante la reacción de oxidación no deben ser descartados. 3+ 3 + 2 + 3 3 4 4 2 Tabla de contenido 36 2+ Coagulación química acoplada a procesos Fenton para el tratamiento de agua residual textil: Optimización de las condiciones de operación Edison Gil Pavasa*, Paula Arbeláeza, Jose Medinaa, Izabela Dobrosz-Gómezb1, Miguel Á. Gómez-Garcíab2. a GIPAB: Grupo de Investigación en Procesos Ambientales. Departamento de Ingeniería de Procesos. Universidad EAFIT, Carrera 49 #7 sur 50, Medellín-Colombia. Código Postal 050021. b Grupo de Investigación en Procesos Reactivos Intensificados con Separación y Materiales Avanzados - PRISMA. 1 Departamento de Física y Química, 2 Departamento de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia. Campus La Nubia, km 9 vía al Aeropuerto la Nubia, A A 127, Manizales, Caldas, Colombia. Email: a*[email protected] Resumen La industria textil utiliza gran cantidad de compuestos químicos durante su proceso productivo, incluyendo colorantes, surfactantes, detergentes, grasas, ceras, solventes, y sales, Así, los residuos generados contienen alta carga orgánica y compuestos persistentes en el medio, lo cual constituye una grave problemática ambiental. Según el reporte del Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos (WWAP) de las Naciones Unidas, el 80% de las aguas residuales no son tratadas, lo que pone en riesgo las fuentes de agua limpia usadas para consumo humano y agricultura. Esta situación es aún más crítica en países en vía de desarrollo, donde una tercera parte de los habitantes no tienen acceso a sistemas adecuados de potabilización, lo cual los hace más vulnerables a la contaminación de sus recursos hídricos. Los métodos convencionales usados en el tratamiento de los efluentes de la mayoría de industrias textiles se basan en una combinación de coagulación química con procesos biológicos; sin embargo, los compuestos muy solubles, como surfactantes y colorantes polares, no se precipitan químicamente. Además, algunos colorantes son considerados compuestos xeno-bióticos; por ejemplo, los tipo azo presentan el grupo (N=N), el cual genera una deficiencia de electrones en la molécula, haciéndola menos susceptible a la oxidación catabólica por bacterias, por lo que los tratamientos biológicos son poco eficientes y los contaminantes presentan gran persistencia en el ambiente. Estas características de las aguas residuales textiles hacen necesarias tecnologías innovadoras de tratamiento como los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO). En ellos se generan especies químicas altamente oxidantes con la capacidad de degradar compuestos orgánicos tóxicos y recalcitrantes. En la presente investigación se evaluaron dos PAO: el Fenton (Fe /H O ) y el foto-Fenton (Fe /H O /UV). Se trató una muestra de agua residual de una empresa dedicada a la 2+ 2 2+ 2 2 37 2 fabricación de jeans, ubicada en Medellín, la cual presentaba una coloración azul intensa, con elevada carga orgánica (Demanda Química de Oxígeno (DQO): 865 mg O /L) y baja biodegradabilidad (relación DBO /DQO: 0.137). Se optimizó el proceso de coagulación como tratamiento preliminar para la remoción de partículas suspendidas, utilizando Al (SO ) como agente coagulante, logrando una remoción del 98% de turbidez. Posteriormente, se utilizó la metodología de superficie de respuesta (MSR) acoplada a un diseño de experimentos Box-Behnken con el fin de optimizar las condiciones de operación de los procesos bajo estudio. La variable de respuesta fue el porcentaje de disminución de la DQO. Los resultados fueron examinados con el análisis de varianza (ANOVA). Se encontró que las variables de mayor influencia en el proceso fueron el pH y la concentración de Fe . Con las condiciones óptimas encontradas (Fe =1 mM, H O =2 mL/L, y pH = 3) se realizó un estudio cinético, obteniendo a una degradación del 94% de DQO (coagulación y foto-Fenton) en 90 minutos. Se concluye que el proceso foto-Fenton se presenta como una alternativa eficaz para la descontaminación de aguas industriales textiles, permitiendo la oxidación de gran parte de los contaminantes orgánicos. Estos resultados dejan la puerta abierta a nuevos retos de ID+i para hacer de los procesos textiles más económicos, así como técnica y ambientalmente sostenibles. 2 5 2 4 3 +2 2+ 2 Palabras clave: Tratamiento de aguas residuales, procesos Fenton, Procesos Avanzados de Oxidación. Tabla de contenido 38 2 Complejos de Cu (II) soportados en ligandos derivados de 3,5dimetilpirazol y su estudio como catalizadores en aminación oxidativa de ciclohexeno. John Hurtado*, Juan F. Torres. a Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes, BogotáColombia.(GUIQUICB)Grupo de Investigación en Química Inorgánica, Catálisis y Bioinorgánica). Email: jj.hurtadoniandes.edu.co Resumen Se sintetizó el ligando bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano, el cual se coordina a la sal de cobre (CuCl2) para dar el complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano-diclorocobre(II) con un 82% de rendimiento. Además, se obtuvo el complejo di-μ-cloro-bis[cloro(di-3,5dimetilpirazol)cobre(II) mediante la reacción de una disolución del ligando bis(3,5dimetilpirazol-1-il)sulfóxido con cloruro de cobre(II) en tetrahidrofurano. Este ultimó ligando no pudo ser aislado, pero fue posible realizar cálculos teóricos que permitieron inferir la inestabilidad de dicha especie. Por último, se realizaron ensayos de aminación oxidativa de ciclohexeno utilizando el complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano-diclorocobre(II) encontrando evidencias de formación de productos que están siendo caracterizados. Estudios catalíticos Se realizaron pruebas utilizando 2 mg de 3,5-dimetilpirazol, 2 μL de ciclohexeno y 1 mL de disolvente. En los casos en que se utilizó oxidante, se adicionaron 2.5 μL de peróxido de hidrógeno al 30%. El catalizador se utilizó al 10% molar, y se agregó disuelto en el mismo disolvente en que se efectuó la reacción. Todos los ensayos se realizaron en tubos de ensayo, con agitación constante y a una temperatura de 60 °C. Tabla 1. Evaluación de la reacción entre 3,5-dimetilpirazol y ciclohexeno Disolvente Agua Dimetilformamida Dioxano Oxidante - Catalizador 39 Evidencias de reaccióna No No No Tolueno 1,2-dicloroetano Acetonitrilo Agua Dimetilformamida Dioxano Dimetilsulfoxido 1,2-dicloroetano Acetonitrilo Agua Dimetilformamida Dioxano 1,2-dicloroetano Acetonitrilo H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 H2O2 Complejo (3) Complejo (3) Complejo (3) Complejo (3) Complejo (3) Si No No No No No Si No No No Si Si Si Si Todas las reacciones se llevaron a cabo a 60 °C con una duración de 24 horas a. Como evidencia de la reacción se utilizó la aparición de una nueva sustancia en cromatografía en placa delgada. Se pudo determinar que un factor de alta importancia en la reacción es la forma en que se adiciona la sal de cobre, ya que puede utilizarse directamente o luego de un tiempo en agitación con tetrahidrofurano, lo que forma un complejo que puede ser utilizado como precursor. Adicionalmente, se encontró que es posible obtener un complejo de cobre utilizando como reactivos 3,5-dimetilpirazol y cloruro de cobre (II) anhidro, siendo necesario únicamente mezclarlos a temperatura ambiente utilizando tetrahidrofurano como disolvente. Finalmente, se realizaron ensayos del complejo bis(3,5-dimetilpirazol-1il)metano-diclorocobre(II) como catalizador para aminación oxidativa de ciclohexeno. Se encontraron evidencias de reacción mediante cromatografía en placa delgada, observando los mejores resultados cuando el disolvente utilizado fue 1,2-dicloroetano. Palabras clave: Cobre(II) ; 3,5-dimetilpirazol; aminación oxidativa. Tabla de contenido 40 Complejos de Pd (II) con ligandos tipo aminochalconas y su evaluación en la reacción de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck a* b Fernando Cuenú Cabezas , Rodrigo Abonia González . a Laboratorio de Química Inorgánica y catálisis, Universidad del Quindío, Armenia, Colombia. b Departamento de Química, Universidad del Valle, Cali-Colombia. a Email: [email protected] Resumen Se sintetizaron cuatro piridilchalconas (E)-1-(2-aminofenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-ona (1); E)-1-(2-aminofenil)-3-(piridin-2-il)prop-2-en-1-ona (2); (E)-1-(6aminobenzo[d][1,3]dioxol-5-il)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-ona (3); (E)-1-(6aminobenzo[d][1,3]dioxol-5-il)-3-(piridin-2-il)prop-2-en-1-ona (4), las cuales se coordinaron a paladio, generando la formación de complejos diméricos del tipo [PdCl (N-het)] , los cuales fueron caracterizados por análisis elemental, IR, IR-near, RMN, Fab-masas (+). A todos los complejos se les realizó el test de la gota de Hg(0), para determinar la homogeneidad de la reacción, encontrándose que ninguno de los catalizadores perdió actividad catalítica, indicando que las reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck se realizaban en fase homogénea y por lo tanto los ligandos son los responsables de la actividad y selectividad de los catalizadores. Los haluros de arilo utilizados fueron yodobenceno, 4-nitroyodobenceno, 4metoxiyodobenceno, bromobenceno, 4-bromotolueno, 2-bromotolueno, clorobenceno y 1,4-diclorobenceno; las olefinas utilizadas como sustratos fueron estireno y 2,3dihidrofurano (2,3-DHF). Al realizar la reacción entre el 4-bromotolueno y estireno con los complejos [PdCl (1)] y [PdCl (3)] . Se encontró que el complejo con el ligante (1) presenta una mayor actividad catalítica (TOF 125 h ) y una alta selectividad hacia el (E)-1-metil-4-estirilbenceno (94.3%), mientras que el complejo con el ligante (3) presenta una menor actividad (TOF 41,6 h ) pero es regioselectivo hacia el hacia el (E)-1-metil-4-estirilbenceno (100% de conversión). En las reacciones de acomplamiento C- C con 2,3-DHF, se encontró que el 2-fenil-2,5DHF se isomeriza a 2-fenil-2,3-DHF, y esto se da porque la disociación de la olefina del intermediario paladio(II)-H, no es suficientemente rápida, y por lo tanto, la migración del doble enlace no puede ser evitada. Por lo tanto, el producto termodinámico es 2-fenil-2,5DHF y el cinético 2-fenil-2,3-DHF. Además, en las reaccines de acoplamiento C-C tipo Heck, entre los haluros de arilo y 2,3-DHF se produce el compuesto 2,5- bis fenil-2,5DHF, que se genera al realizar una nueva reacción de acoplamiento C-C tipo Mizorokiheck, sobre el compuesto 2-fenil-2,5- DHF. 2 2 2 2 2 -1 -1 41 2 En las reacciones de acoplamiento C-C tipo Mizoroki-Heck, utilizando ligantes piridilchalconas, se realizaron estudios del efecto de la temperatura y las reacciones a 160 °C a pesar que aumentan la actividad no afectan la selectividad. Palabras clave: Piridilchalcona; Paladio; Mizoroki-Heck; Iodobencenos; Estireno, 2,3-dihidrofurano Tabla de contenido 42 Complejos diméricos tipo Ni[N(ArS )]: modelo bio-mimético de hidrogenasa. 2 a b a, Alexander Mondragón D. , Ivan Castillo P. , Luis Norberto Benítez *. a Universidad del Valle, calle 13 No 100-00, Departamento de química, Santiago de Cali, Colombia. b Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de química, Ciudad de México, México, 04510. a b Email: [email protected], [email protected], a,* [email protected] Resumen El níquel es un elemento esencial en muchos sistemas biológicos que participan en reacciones redox, dichos sistemas revelan cualidades interesantes, que son atribuibles principalmente a los ligantes auxiliares basados en tiolatos y que en la naturaleza son proporcionados por residuos de cisteína. Para entender mejor cómo una esfera de coordinación rica en donadores azufre facilita las transformaciones redox, se han invertido considerables esfuerzos en el desarrollo modelos ricos en azufre que emulen el sitio activo del cofactor [NiFe] en la hidrogenasa; dicha metaloenzima requiere cierto grado de plasticidad electrónica para acceder a una variedad de estados redox en los centros de níquel implicados, los cuales finalmente llevan a cabo la reducción catalítica de protones para dar como resultado la producción de hidrogeno. En este trabajo se pretende desarrollar modelos biomiméticos de la hidrogenasa, basados en complejos diméricos tipo Ni[RN(MeArS) ] . Las pruebas de reactividad de este complejo de Ni demostraron estabilidad frente a ácidos, y a la oxidación química del ligante (propiedad que es muy necesaria para evitar la desactivación del sistema frente a las condiciones de estudio catalítico); el análisis electroquímico revela que el ligante NS provee la plasticidad electrónica necesaria al complejo, evidenciada en la oxidación y reducción reversible en dos electrones, generando las especies Ni -Ni y Ni -Ni . Adicionalmente se realizaron experimentos que confirman la reducción electrocatalítica de protones en los centros de Ni ; de este modo, los estudios de reactividad, espectroscópicos y electroquímicos del complejo ponen en manifiesto su potencial aplicación como catalizador en reacciones redox, además las propiedades estructurales en estos nuevos sistemas metálicos, los validan como potenciales modelos bio-miméticos y estructurales del cofactor NiFe de la enzima hidrogenasa. 2 2 2+ 2 3+ 3+ + + 2+ Palabras clave: hidrogensa, complejos electroquimica, potenciales redox 43 tipo pinza, ligantes azufrados, Tabla de contenido 44 Constante de equilibrio de la producción de acetato de nopilo Eliana Paola Hurtado Burbanoa, Aída Luz Villab,* a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected] Resumen El acetato de nopilo es ampliamente usado en la elaboración de lociones, perfumes, cremas y productos para el aseo del hogar en general. Este compuesto se obtiene industrialmente mediante la acetilación de nopol con anhídrido acético. Aunque el ácido acético puede actuar como catalizador, su actividad para la reacción es muy baja dada su naturaleza ácida débil. Ácidos minerales fuertes como H 2SO4, HCl, and HI, han mostrado ser efectivos para la esterificación de ácidos carboxílicos; el H 2SO4, se ha reportado como el más activo dada su densidad alta de sitios ácidos. En este trabajo se presenta la esterificación de nopol con ácido acético para producir acetato de nopilo utilizando ácido sulfúrico como catalizador; se determinó el efecto de la temperatura y el tiempo en la conversión de ácido acético, con el fin de evaluar la conversión de equilibrio a varias temperaturas. La reacción se llevó a cabo en un balón de tres bocas de 25 mL, acoplado a un condensador. Se utilizó 20 mL de solución 0.3 M de nopol (Boc sciences, 99.15%) en tolueno (Panreac, 99.5%), una relación nopol:ácido acético (Merk, 99.5%) de 1:1 y 20 μL de ácido sulfúrico (JT Baker, 97.99%); la temperatura se varió de 50 a 80˚C. Se tomaron muestras de reacción hasta alcanzar la conversión de equilibrio, manteniéndose constante el volumen de reacción mediante la adición de tolueno. La concentración de ácido acético en la muestras se determinó mediante titulación con solución de NaOH 0.1 N utilizando un dosificador Dosimat 775. 45 Figura 1. Conversión de ácido acético en el tiempo para temperaturas entre 50 y 80˚C. 20 mL de solución 0.3 M de nopol en tolueno, relación nopol:ácido acético de 1:1 y 20 μL de ácido sulfúrico Al evaluar periodos cortos de reacción se encontró que durante las primeras 8 horas la conversión para las temperaturas evaluadas fue muy similar, alcanzando en todos los casos valores superiores al 40%, Figura 1. Se encontró que a mayor temperatura se alcanza una mayor conversión de equilibrio y que al llevar a cabo la reacción a 50˚C, se requirió mayor tiempo para alcanzar la conversión de equilibrio. La conversión de equilibrio del ácido acético fue de 75% (K e = 9) y 87% (Ke = 44.8) a 50°C y 80°C, respectivamente. Es necesario utilizar mayores cantidades de catalizador para alcanzar las conversiones de equilibrio en tiempos menores. Palabras clave: acetato de nopilo; nopol; esterificación; catalizador homogéneo; conversión de equilibrio. Tabla de contenido 46 Decoloración de azul de metileno presente en agua, asistida por titanocirconatos de estroncio y disprosio nonoestructurados. Pilar Delgado N.*a, Fernando S. Ramos Ga, Brayan A. Blanco P.a a Universidad Libre de Colombia, Bogotá, Colombia, Email:[email protected], [email protected], [email protected]. Resumen En este trabajo, se presenta el estudio de la actividad fotocatalítica titanozirconatos de estroncio dopados con disprosio (SrDyZrTIO ), frente a la decoloración de azul de metileno (C H ClN S.2H O) presente en agua con una concentración 20 mg/L. Los fotocatalizadores se han sintetizados por método de química suave, más precisamente por el método citrato, el cual ha permitido una conformación granular nanoestructurada con tamaño de grano del orden de 50 a 100nm y un tamaño de cristal de 12 a 20 nm. La suspensión de azul de metileno y de 1 mg de catalizador se ha puesto en contacto con la radiación (λ> 398nm- 400nm posición equivalente al azul en el espectro visible electromagnético) de 4 lámparas halógenas de 8W (TL`8W´ Philips ). La temperatura se mantuvo constante (28°C) mediante refrigeración durante la reacción con el fin de evitar calentamiento en la suspensión. La reacción fotocatalítica se evaluó tomando un conjunto compuestos con concentración de dopante de 2, 3 y 9% atómico. Las variaciones en la concentración del AM se supervisaron por espectroscopia IFRT y de UV-vis en la longitud de onda de 665 nm. La actividad fotocatalítica en los diferentes titanozirconatos de estroncio dopados con disprosio presenta una respuesta relacionada con la concentración de dopante (lantánido), la serie de compuestos ha sido activa en la decoloración del AM en un rango de 4 a 6 horas en función de la concentración de dopante. Logrando una mayor remoción en los primeros 100 minutos del proceso independiente de la concentración de lantánido. 3 16 18 3 2 ® 47 Figura 1: Absorbancia en el sistema SrDyZrTIO sistema SrDyZrTIO dopado al 3% atómico. 3 Figura 2. Fotoluminiscencia en el SrDyZrTIO dopado al 3% atómico 3 3 La actividad fotocatalíticas de las perovskitas se ha relacionado a con las señales de fotoluminiscencia y absorbancia (figuras 1 y 2) del conjunto de sólidos que se caracterizan por presentar en mayor o menor medida una banda ancha ubicada en el rango de 400 a 500nm, junto con la señal espectral originada de las transiciones electrónicas que ocurren debido a transiciones electrónicas en el lantánido. L a fotoluminiscencia se ha asociado a los defectos en la red, y a la conformación de población de clusters [TiO -O…TiO ], [ZrO -O-…ZrO ] responsables de atrapar electrones fotoinducidos, de manera tal que la reacción fotocatalítica con las especies que están en contacto con el catalizador sea más eficiente. Es así como durante el proceso de reacción fotocatalítica, las vacantes de oxígeno y defectos pueden convertirse en centros de captura de huecos fotoinducidos, de manera tal que la nueva combinación de electrones fotoinducidos y huecos se inhibe. 5 5 5 5 Palabras clave: Nanoestructurado; perovskita; fotocatálsis; visible. Tabla de contenido 48 Degradación de fenol bajo irradiación UV-Vis y visible proveniente de luz solar y artificial usando fotocatalizadores Pt-TiO . 2 a, b c d Julie Murcia *, Jhonatan Guarin , Jairo Cubillos , Hugo Rojas . a,b,c,d Grupo de Catálisis de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central del Norte Tunja, Colombia. a,* b c Email: [email protected], [email protected], jacubil@gmailcom, d [email protected] Resumen Los compuestos fenólicos presentes en aguas de desecho provienen de diversas fuentes industriales principalmente de la refinería de petróleo; este contaminante representa un importante problema de salud pública, dada su capacidad carcinogénica y de alteración mutagénica. La fotocatálisis heterogénea basada en TiO 2 se presenta como una alternativa eficiente y adecuada para el tratamiento de este tipo de compuestos. A pesar de que el TiO2 es uno de los fotocatalizadores más empleados y estudiados gracias a sus diversas ventajas dentro de las que se cuentan su estabilidad química, su economía y fácil obtención, este material también presenta algunas limitaciones como su alta tasa de recombinación del par electrón-hueco y su baja efectividad bajo luz visible. En el presente trabajo se estudió la modificación de TiO 2 a través de procesos sulfatación y platinizacion, orientados principalmente a aumentar la fotoactividad de este material y a promover su eficiencia bajo luz visible; se explora además la efectividad de los materiales obtenidos en la fotodegradación de fenol usando como fuente de irradiación luz artificial y luz solar directa. El TiO2 de partida se sintetizó por el método sol-gel, por hidrólisis de tetraisopropoxido de titanio en isopropanol, el sólido seco se modificó por inmersión en H2SO4 con posterior calcinación a 650°C. El platino se fotodepositó sobre el dióxido de titanio sulfatado (STiO2) usando H2PtCl6 como precursor metálico y una lámpara con un espectro similar al del sol. Los materiales sintetizados se caracterizaron ampliamente usando diferentes técnicas de análisis. Los resultados de Difracción de rayos X mostraron que el catalizador TiO 2 sin modificar presenta una mezcla de la fase anatasa y rutilo; el porcentaje de la fase cristalina anatasa en los materiales S-TiO2 y Pt-S-TiO2 es del 99% con un tamaño de cristalito de anatasa de aproximadamente 20 nm. Por Fluorescencia de rayos X se encontró que el porcentaje de Pt sobre la superficie del TiO 2 en el material Pt-STiO2 está por debajo del valor teórico correspondiente a 0.5 w.t %, evidenciando una reducción incompleta del metal sobre el soporte. 49 El análisis por Reflectancia difusa permitió determinar que el catalizador Pt-S-TiO2 absorbe en la región UV- Vis y Visible del espectro electromagnético a diferencia de los catalizadores bare-TiO2 y S-TiO2 que solo absorbe en la región Ultravioleta del espectro. Se encontró también que la sulfatación permite aumentar el área suerficial del TiO 2, favoreciendo su actividad catalítica. Finalmente, por microscopia electrónica de transmisión se observó que el platino posee un tamaño promedio de 5 nm y una distribución uniforme sobre la superficie del TiO 2. En el trabajo realizado bajo luz artificial se encontró que la sulfatación y la platinización son tratamientos que permiten aumentar de manera significativa la eficiencia del TiO 2 en la reacción de degradación de fenol, siendo el fotocatalizador Pt-S-TiO2 el más activo. Dada la eficiencia de este material se ensayó en la degradación de fenol bajo luz solar directa en condiciones ambientales de la ciudad de Tunja – Boyacá – Colombia, cuya intensidad de la luz promedio es de 25 W/m 2 bajo las condiciones de trabajo empleadas. Como se puede observar en la figura 1, el material analizado resulta activo bajo luz solar directa. Los resultados obtenidos permiten abordar la etapa inicial para el diseño de un planta piloto para tratamientos fotocatalíticos en la región. Figura 1: Velocidad de degradación de fenol bajo luz solar. Palabras clave: Pt-S-TiO2; Fenol; fotodegradación; luz solar; UV-Vis; Visible. Tabla de contenido 50 Degradación de bifenilos policlorados (PCB´s) utilizando hidrodeclorinación catalítica con carburos metálicos Aranys Borjaa, Lesly Carmonab, Esneyder Puelloc*. a,b,c Línea de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, A.A. 1890, Antigua vía Puerto Colombia Km 7, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Se obtuvieron carburos metálicos a partir de los heteropolioxometalatos tipo Anderson de (NH4)4[NiMo6O24H6].5H2O, (NH4)4[NiW 6O24H6].5H20 y (NH4)4[NiMo3W 3O24H6].5H2O sin soportar y soportados en γ-Al2O3, denominados respectivamente fases de NiMo 6, NiW 6 y NiMo3W 3, obteniéndose así los catalizadores carburados de NiMo6C, NiMo6C/γ-Al2O3, NiW 6C, NiW 6C/γ-Al2O3, NiMo3W 3C y NiMo3W 3C/γ-Al2O3. Los cuales posteriormente se sometieron a evaluación catalítica en la reacción de hidrodeclorinación de bifenilos policlorados (PCB’s). Se utilizó para la reacción una mezcla del Aroclor 1232 y el Aroclor 1260. Los catalizadores utilizados en la reacción de hidrodeclorinación se activaron con un flujo entre 70-80 mL/min de H2 y una mezcla de CS2 (0,5%p/p)/H2 a 300°C, la reacción se llevó a cabo a 250 °C, a un flujo entre 70-80 mL/min de H2 y presión atmosférica. Los precursores oxídicos y los carburos de (NH4)4[NiMo6O24H6].5H2O, (NH4)4[NiW 6O24H6].5H20 y (NH4)4[NiMo3W 3O24H6].5H2O soportados en alúmina y sin soportar se caracterizaron mediante técnicas fisicoquímicas como Difracción de Rayos-X, Espectroscopia Infrarroja y análisis de Área Superficial Específica. Esto permitió confirmar la obtención de las fases tipo Anderson y la formación de las fases cristalinas representativas para cada carburo obtenido. Los análisis de área específica, volumen y radio de poro de los precursores oxídicos: NiMo6 (6 m2/g; 0,0033 cm3/g; 9 nm), NiMo3W 3 (4 m2/g; 0,0053 cm3/g; 12 nm), NiMo6/γAl2O3 (61 m2/g; 0,18 cm3/g; 8,9 nm), NiWo6/γ-Al2O3 (55 m2/g; 0,14 cm3/g; 8,9 nm), NiMo3W 3C/γ-Al2O3 (35 m2/g; 0,11 cm3/g; 9,3 nm), las fases carburadas: NiMo 6C (4 m2/g; 0,025 cm3/g; 14 nm), NiMo6C/γ-Al2O3 (73 m2/g; 0,24 cm3/g; 11,2 nm), NiW 6C/γ-Al2O3 (60 m2/g; 0,20 cm3/g; 11,2 nm), NiMo3W 3C (3 m2/g; 0,0009 cm3/g; 10 nm), y NiMo3W 3C/γAl2O3 (42 m2/g; 0,13 cm3/g; 10,8 nm) y la alúmina (γ-Al2O3) (109 m2/g; 0,34 cm3/g; 9,6 nm) demostraron la obtención de materiales mesoporosos con diámetros de poros en el rango entre 2-50 nm. De las seis fases tipo Anderson carburadas las que presentaron mayores valores de área específica fueron las soportadas en γ-Al2O3 con valores entre 42 y 73 m2/g. El análisis de Área Superficial Específica por fisisorción de nitrógeno demostró que 51 los precursores y las fases carburadas soportadas sobre γ-Al2O3 y sin soportar poseen isotermas de absorción tipo IV característico de materiales mesoporosos. Mediante los análisis de Espectroscopia Infrarroja se identificaron grupos funcionales característicos de las fases obtenidas, demostrando la presencia de grupos característicos de la γ-Al2O3 en los carburos soportados en este material. Los análisis de Difracción de Rayos-X de los sólidos demostró la formación de carburos metálicos en las fases tipo Anderson carburadas, excepto el NiW 6 que no logró formar efectivamente su fase carburada, mientras que las fases NiMo 6 y NiMo3W 3 demostraron obtener un mayor grado de transformación estructural después del proceso de carburación, permitiendo la formación de las diferentes fases cristalinas de los respectivos carburos. Se demostró la formación de Mo2C, NiC en la fase de NiMo 6C, la obtención de Mo2C, NiC, W 2C y WC en NiMo3W 3C y NiMo3W 3C/γ-Al2O3, por último se confirmó la presencia de W 2C y WC en NiW 6C/γ-Al2O3. Además se confirmó la presencia de la γ-Al2O3 en los carburos soportados en este material. Se demostró que los seis carburos obtenidos son activos para la reacción de hidrodeclorinación de PCB’s. Se comprobó que los carburos obtenidos a partir de heteropolioxometalatos tipo Anderson son una buena alternativa para la reacción de hidrodeclorinación catalítica de PCB’s, llegándose a obtener porcentajes de conversión de cloro hasta del 99 % después de dos horas de reacción, siendo el NiMo 6C/γ-Al2O3 el sólido que presento mayor actividad catalítica en comparación con los demás materiales obtenidos, con un porcentaje de conversión del 99,91 en dos horas de reacción. La actividad catalítica manifestó tener el siguiente orden: NiMo 6C/γ-Al2O3 (99,91%)> NiMo6C (99,76%)> NiMo3W 3C/γ-Al2O3 (99,23%)> NiW 6C (98,66%)> NiW 6C/γ-Al2O3 (97,53%)> NiMo3W 3C (88,46%). Palabras clave: Bifenilos policlorados; hidrodeclorinación; carburos; heteropolioxometalatos. Tabla de contenido 52 Degradación de soluciones de diclofenaco comercial mediante fotocatálisis heterogénea asistida con sensibilización de rojo de metilo a b* a Jennyfer Díaz-Angulo , Miguel Angel Mueses , Fiderman Machuca-Martínez a Grupo de Investigación GAOX, Escuela de ingeniería química, Universidad del Valle, A.A. 25360, Cali-Colombia. b Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación, MAOT’s, Departamento de ingeniería química, Universidad de Cartagena, A.A. 1382 Postal 195, Cartagena-Colombia. Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen El presente trabajo está enfocado en la degradación fotocatalítica de diclofenaco comercial para evaluar el efecto de rojo de metilo como agente sensibilizador, utilizando dióxido de titanio Degussa P-25 como catalizador. Las pruebas se llevaron a cabo a escala piloto en reactores CPC, empleando radiación solar. Se varió la concentración de rojo de metilo en (0, 2 y 6 ppm) mientras que la carga de catalizador y contaminante se fijó en 0.3 g/L y 20 ppm respectivamente. Un aspecto relevante durante la operación es la concentración de oxígeno en el reactor, puesto que limita la formación de radicales hidroxilos y por ende la eficiencia global de degradación, por tanto se realizó una prueba agregando aire al tanque del reactor por medio de un compresor. Se compararon la concentración de oxígeno para un reactor con y sin introducción de aire en el tanque, y aunque las diferencias encontradas no se consideran apreciables, debido a que la variable que influye directamente en la concentración de oxígeno en el reactor es la temperatura, si hubo un cambio significativo en el valor del pH. El reactor al que se le agrego aire tuvo un comportamiento más básico durante toda la prueba, con respecto al que no tenía una concentración extra de aire, por lo cual se infiere que pequeñas cantidades de oxigeno generan una mayor producción de radicales hidroxilos lo cual elevaron el pH dentro del reactor. La evaluación del efecto sensibilizador se realizó variando la concentración de tinta, en un nivel bajo (2ppm), alto (6 ppm) y en ausencia de esta. Se encontró que la mejor degradación fue de 84.4%, utilizando 2 ppm de rojo de metilo mientras que para 6 ppm fue de 65.4% y en ausencia del colorante se logró 72.65%. 53 Al utilizar 6 ppm de concentración el colorante no logro adsorberse lo suficiente en las partículas de catalizador por lo cual disminuyo su eficiencia sensibilizante y paso a convertirse en una sustancia más a degradar, compitiendo con el diclofenaco, esto explica porque se logró mayor degradación del sustrato en ausencia del colorante. Palabras claves: sensibilización; rojo de metilo; diclofenaco; fotodegradación. Tabla de contenido 54 Desarrollo de mesoporos en zeolitas USY por medio de tratamiento amoniacal a Jhon Anderson Aragon . a Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 11001. a Email: [email protected] Resumen El procesamiento de cargas pesadas y extra pesadas por cracking catalítico (FCC) e hydrocracking, para la producción de combustibles líquidos, está limitado por el tamaño de los poros de la zeolita Y. Los poros de las zeolitas que resisten las condiciones de los procesos son pequeños en comparación con las moléculas que actualmente se deben transformar; esto genera baja velocidad de difusión dentro del catalizador y pérdida de la selectividad. La introducción controlada de mesoporos en la estructura de la zeolita Y puede mitigar los anteriores fenómenos. Entre las diversas maniobras para introducir mesoporos en la estructura, la estrategia post-síntesis por tratamiento alcalino asistido con un template como molécula director de la mesoporosidad presenta ventajas. El estudio aquí reportado se realizó sobre zeolitas USY utilizando dos templetes y cinco concentraciones de amoniaco. Se obtuvieron resultados positivos para la creación de mesoporos intracristalinos en las zeolitas USY, con distribución de tamaño de poro bien definida, sin pérdida significativa de la microporosidad o de la cristalinidad. Palabras clave: Zeolita USY; Amoniaco; Mesoporosidad. Tabla de contenido 55 Desvulcanización del caucho de neumáticos descartados, aplicando solvente xylol asistido con microondas Brando Martínez-Hernándeza, Daniel Viola-Jimenezb*, Santander Bolívar-Solanoc, Esneyder d Puello Polo . a,b,c,d Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected], c [email protected], [email protected] Resumen La Desvulcanización Asistida por Microondas es una de las alternativas de regeneración de cauchos vulcanizados que ha mostrado ventajas comparativas con respecto al resto de técnicas regenerativas, el proceso utiliza una cámara generadora de microondas en la cual se emiten ondas electromagnéticas hacia la matriz del material vulcanizado que se va a regenerar, esta emisión provoca la excitación de los enlaces tridimensionales C-S y S-S, su posterior ruptura y deja intacta la cadena principal del polímero. El principal problema que ha surgido de esta técnica es que el material que se va a desvulcanizar debe ser lo suficientemente polar como para que las microondas puedan incidir lo suficiente en el material y de esta forma se pueda llevar a cabo el proceso; Por esta razón lo que se plantea es la utilización de un agente altamente afín al azufre en este caso una mezcla de Xilenos ( “XILOL”), por ende, si ambos se colocan en solución y en presencia de un campo electromagnético se podría generar un efecto sinérgico que podría inducir la polarización del material y a su vez permitir una ruptura de los enlaces característicos ya mencionados de una manera efectiva, y al final obtener un material con características similares a su estado antes de ser vulcanizado. Actualmente, solo se han podido llevar a cabo las pruebas preliminares que en general tienen como objetivo obtener el tiempo y concentración optima de Xilol/caucho en el proceso. En cada ensayo las muestras se someten al proceso asistido por microondas a una frecuencia estándar de 2450MHz y una potencia de 700W bajo agitación mecánica continua. Solo se pudieron analizar las fases liquidas de las soluciones por un método convencional de Espectroscopia UV para estimar indirectamente el contenido de especies de azufre midiendo el grado de absorbancia en cada una de las fases liquidas de cada una de las soluciones obtenidas, se elige un intervalo de longitud de onda entre 200 y 360nm. Al final se obtuvieron los siguientes resultados: 56 Al final, basado en los resultados obtenidos, se puede dilucidar que se esta realizando la remoción de una forma alotrópica del azufre elemental ya que en todos los ensayos se obtienen espectros casi iguales en cuanto a forma, longitud de onda inicial y final (285nm – 360nm) a soluciones patrón preparadas con Xilol y azufre elemental comercial, por lo que se podría pensar que, muy probablemente, es el espectro correspondiente al tipo de azufre presente en los entrecruzamientos de las cadenas poliméricas, entonces, se podría afirmar que el proceso cumple con la desvulcanización planteada; además, cabe resaltar que las soluciones patrón fueron preparadas con la máxima cantidad de azufre que podría estar presente en el caucho, sabiendo esto y las absorbancias máximas, se estima que se pudo remover aproximadamente un 75% del azufre presente en los entrecruzamientos de las cadenas poliméricas del caucho. Palabras clave: desvulcanización; microondas; entrecruzamientos; absorbancia; alotropía. Tabla de contenido 57 Determinación de la cinética de reacción en la mineralización fotocatalítica solar de compuestos orgánicos en reactores de película descendente a b c Deyler Castilla-Caballero , José Colina-Márquez , Fiderman Machuca-Martínez * a,c b Universidad del Valle, Cali, Colombia. Código postal: 740034. Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia. Código postal: 130001. Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen En este trabajo, se estimaron las constantes cinética y de adsorción, correspondientes al modelo Langmuir-Hinshelwood modificado, en reactores fotocatalíticos solares de película descendente, aplicados en la mineralización de sustancias orgánicas. Posteriormente se simuló el proceso de mineralización considerando las condiciones de operación del reactor solar a escala piloto. Como contaminante modelo se empleó fenol, el cual es un compuesto orgánico altamente tóxico, presente a nivel mundial en las aguas residuales de la industria petroquímica, farmacéutica, entre otras. El catalizador empleado fue el TiO 2 Aeroxide P25. Basados en trabajos previos llevados a cabo con reactores tipo CPC, y considerando el pH inicial y la carga de catalizador como las variables más influyentes en la degradación fotocatalítica, se realizaron cuatro ensayos variando la carga de TiO 2 a un pH inicial de 3,7. La concentración de contaminante para todos los casos fue de 200 ppm, y los valores de concentración de catalizador fueron 0,5, 1,0, 1,5 y 2,0 g/L, respectivamente. Se tomaron muestras al inicio y al final de cada experimento para medir el TOC y determinar el porcentaje de mineralización en cada caso con el fin de encontrar la carga más favorable para el proceso de mineralización fotocatalítica. En nuestro caso, esta carga más favorable fue de 2.0 g/L y las pruebas experimentales para encontrar las constantes del modelo L-H se llevaron a cabo a esta condición de carga de catalizador. Una vez se estandarizó el tiempo tomando como base un flujo de radiación UV de 30 W/m2 y ajustando los parámetros del modelo L-H usando la linealización de los datos obtenidos experimentalmente, se obtuvieron las constantes de este modelo cinético. A partir del modelo ajustado, se realizaron simulaciones del proceso con diferentes cargas de catalizador para comparar estos resultados con los obtenidos en los ensayos experimentales. Con una prueba de validación, se encontró que empleando una carga de catalizador aún mayor (3 g/L), se obtiene una mayor mineralización del contaminante. En comparación con lo reportado en la literatura con reactores tubulares (0,2 – 0,5 g/L), cuyo 58 camino óptico es mayor que el de la placa plana, las cargas de catalizador en un placa plana pueden ser mayores debido a que el efecto del apantallamiento no es tan significativo en los reactores de película descendente. Palabras clave: Langmuir-Hinshelwood; SFM; película descendente; TiO2; LVRPA. Tabla de contenido 59 Determinación del modelo cinético para la degradación de Azul de Metileno con Dióxido de Titanio Hombitan afdc e171. Resumen 60 Tabla de contenido 61 Efecto de la modificación con Al y Al-Zr sobre la acidez de minerales arcillosos colombianos: estudio comparativo entre bentonita y vermiculita a b c d* Jahaziel Amaya Bayona , Mónica Muñoz , Sonia Moreno , Rafael Molina . a,b,c,d Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA) Departamento de Química, Facultad de Ciencias, ° Universidad Nacional de Colombia, Kra 30 N 45-03 Bogotá Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen Durante las últimas dos décadas el estudio de arcillas naturales como precursoras de catalizadores se ha enfocado en la modificación de su estructura para dar origen a materiales con propiedades muy promisorias en catálisis acida. En efecto, una de las características más llamativas es su naturaleza ácida, que aunque depende del tipo de material, puede ser modulada mediante técnicas como la pilarización, delaminación y la incorporación de metales con carácter ácido. En dicho contexto, trabajos previos han reportado la modulación de acidez en montmorillonitas y vermiculitas suficientemente caracterizadas y evaluadas en reacciones de hidroisomerización. El presente trabajo centra su atención en un estudio comparativo de las propiedades ácidas para dos tipos de montmorillonitas, una proveniente del valle del Cauca (MV) y la otra de Lérida (ML) y una vermiculita comercial de Santa Marta (V), modificadas vía proceso de pilarización con especies de aluminio y aluminio-circonio. La síntesis y caracterización de los minerales (tabla 1) (difracción de rayos X (DRX), isotermas de adsorción de N2, capacidad de intercambio catiónico (CIC), desorción de amoniaco a temperatura programada (TPD-NH3) y espectroscopía infrarroja con molécula sonda) ha sido reportada previamente. Con base en dicha información se puede establecer un paralelo entre las propiedades intrínsecas y el efecto de las modificaciones sobre la acidez del material. Así, los materiales sin modificar exhiben una acidez intrínseca como consecuencia de las sustituciones isomórficas del Al3+ por Si4+ en las capas tetraédricas, las cuales generan un exceso de carga negativa que se compensa, ya sea captando iones H + (sitios Brönsted, B) o mediante la desprotección de algunos cationes (sitios ácidos de Lewis, L). La V también presenta sustituciones isomórficas del Mg 2+ y Fe2+ por el Al3+ de la capa octaédrica, lo que se traduce en la creación de más sitios potencialmente ácidos en comparación con MV y ML. Sin embargo, la menor acidez registrada para la V (Tabla 1) se debe al difícil acceso del NH3 (molécula sonda) a los sitios ácidos del material, 62 ubicados preferentemente en el reducido espaciado interlaminar y con alta densidad de carga de este mineral (ver valores d 001 y CIC). No existen diferencias significativas en la acidez natural de los dos tipos de Montmorillonitas. Propiedades fisicoquímicas de los sólidos estudiados. Sólido d CIC Área (m2/g) Relación B/L 14,8 70 52 3,3 Acidez total (mmol NH3 *100 g-1) 30 17,7 17 16 18 181 171 2,3 1,8 38 41 14,1 17,2 16,7 55 14 12 24 … 140 1,3 3,1 1,2 26 34 34 10,2 18,2 17.8 95,4 34,4 22 4 243 141 … 1,3 1,7 17,3 44,95 136,1 (001) Montmorillonita del Valle del Cauca (MV) MV-Pilarizada con aluminio MV-Pilarizada con aluminioZirconio Montmorillonita de Lérida (ML) ML-Pilarizada con aluminio ML-Pilarizada con aluminioZirconio Vermiculita (V) V-Pilarizada con aluminio V-Pilarizada con aluminioZirconio Teniendo en cuenta que la pilarización genera la apertura de las láminas del mineral, incrementa la microporosidad y el acceso a los sitios ácidos de los materiales, los valores del d001, área BET y acidez total de los sólidos modificados evidencian que la pilarización fue exitosa. Cabe anotar que para pilarizar la V se llevó a cabo un pretratamiento para disminuir la carga interlaminar de ésta. La incorporación de pilares de Al incrementa notablemente la acidez y cambia la naturaleza de los sitios ácidos de la arcilla natural. En este sentido, es evidente que tras el proceso de pilarización, la acidez intrínseca de la V se pudo potenciar superando 1,2 y 1,3 veces la acidez de las MV y ML pilarizadas. Se ha reportado que la inclusión de pilares de Zr incrementa el número de sitios ácidos tipo Lewis y que un pilar mixto de Zr-Al además de esto exhibe una mayor estabilidad térmica. En ese sentido, los materiales modificados con Al-Zr evidencian el incremento de la acidez total y, por ejemplo, para las montmorillonitas se aprecian el aumento significativo de los sitios Lewis (disminución del valor B/L). Es notable que la incorporación del pilar ZrAl en la V potencia la acidez total del mineral. Es probable que tras el proceso de introducción de este pilar, muchos de los sitios ácidos iniciales de la V hayan quedado expuestos y más reactivos en el material. Palabras clave: Acidez, pilarización, Montmorillonita, Vermiculita. 63 Tabla de contenido 64 Efecto de la modificación superficial de TiO comercial por adiciòn de F sobre su actividad fotocatalítica en la degradación de colorantes. 2 a b c d Carolina Cely* , Julie Murcia , Hugo Rojas , Jairo Cubillos . a Grupo de Catálisis GC-UPTC de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Av central norte, Tunja, Colombia. a b c Email: * [email protected]; [email protected]; [email protected]; d [email protected] Resumen Los procesos avanzados de oxidación (PAO) han sido propuestos como métodos alternativos para la purificación de agua. Se ha mostrado que muchos semiconductores, como el dióxido de titanio (TiO2), cuando adsorben un fotón con igual o mayor energía que la que presenta en Band gap, un electrón de la banda de valencia se desplaza a la banda de conducción, entonces el electrón y el hueco positivo generado emigran a la superficie del catalizador, en donde participan en reacciones oxido-reducción con las especies adsorbidas, llevando a éstas a la degradación y en ocasiones a su completa mineralización. El interés que ha despertado la fotocatálisis heterogénea usando TiO 2 está relacionada con el hecho de que el proceso de degradación de compuestos orgánicos se puede llevar a cabo a condiciones suaves de reacción, no requiere oxidantes costosos y el catalizador es económico, no es tóxico y se activa con la luz UV. En este trabajo se reporta la actividad fotocatalítica de TiO 2 (Degussa P25) y sus modificaciones superficiales por efecto de adición de flúor (F-TiO2), y adición de metales como el platino Pt-F-TiO2 en la degradación de azul de metileno. Modificación del TiO2 por Fluorización: se prepararo una suspensión del TiO 2 en una solución de NaF. Esta suspensión se llevó a pH 3 para maximizar la adsorción de flúor y se agito durante 1h. Al cabo de este tiempo el sólido se recuperó por filtración y fue secado, durante 12 horas. El material obtenido se sometió a calcinación en aire a 650 ºC durante 2 h. Fotodeposición de Platino: Se llevó a cabo la fotodeposición de Pt sobre el óxido modificado por fluorización. La fotodeposición de Pt se realizó por iluminación de una suspensión del TiO2 en agua destilada e isopropanol (como donador de electrones), adicionando cantidad adecuada del precursor metálico (H 2PtCl6) para obtener contenidos de Pt de 0.5 %, respecto al peso total de óxido. La síntesis se realizó bajo flujo continuo de nitrógeno, para asegurar una atmósfera reductora. 65 Estos sistemas fotocataliticos sintetizados se caracterizaron para determinar sus propiedades fisicoquímicas. Para llevar a cabo esta caracterización se usarán diversas técnicas como Difracción de rayos-X, Espectroscopia infrarroja (FTIR), Espectroscopia UV-vis de reflectancia difusa, Microscopías Electrónica de Barrido (FESEM) y de transmisión (TEM), Adsorción-desorción de N2 y Espectroscopia fotoelectrónica de rayosX (XPS). El TiO2 presento una energía de Band gap (Eg) de 3.23 eV, la introducción de ión fluoruro en la TiO2- modifico la Eg de 3.24 eV y para el Pt-F-TiO2 es de 3,23 eV, esto sugiere que los iones fluoruro modificaron la estructura del dióxido de titanio a niveles de la banda de energía. En la evaluación de la actividad catalítica de cada uno de los catalizadores en la degradación de MB, se encontró que la adicción de flúor favorece la degradación del MB. Con el catalizador F-TiO2 se alcanzó un porcentaje de degradación del 95% y el catalizador Pt-F-P25 presento un porcentaje del 98% en la degradación del MB con un tiempo de reacción de 2h. Por otra parte, la presencia del flúor en la TiO2, tiene un efecto benéfico sobre la degradación del MB. Debido a que el flúor promueve la estabilización de la estructura anatasa y un incremento importante sobre el área específica de los catalizadores. La degradación con el catalizador Pt-F-TiO2 fue mayor. Debido a que el Pt aumenta la velocidad de transferencia de electrones para el oxidante y actúa como el sitio activo. Palabras clave: Fotocatálisis; Azul de metileno (MB); Proceso de oxidación avanzada (AOP); F-TiO2. Tabla de contenido 66 Efecto de las fases oxídicas (NH ) [NiMo O H ]•5H O y NiMoO soportadas sobre alúmina en la hidrodesulfuración de tiofeno y LCO (light cycle oil). 4 4 6 24 6 2 4 Mónica Ayala Ga,c, Esneyder Puello Pa*, Gerardo Gonzálezb, Patricia Quintanac. a. Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Programa de Química-Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Barranquilla-Colombia. b. Universidad de Guanajuato (México). c. Laboratorio Nacional de Nano y Biomateriales del CINVESTAV del IPN unidad Mérida (México). Email: a*[email protected], [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen La reciente legislación medioambiental limita la cantidad de azufre presente en el petróleo y fracciones de diésel a menos de 50ppm, lo cual representa un desafío para las refinerías impulsando el interés en el desarrollo de nuevos catalizadores o mejorar las propiedades de los existentes para hacerlos altamente reactivos en hidrodesulfuración. Generalmente la preparación de estos catalizadores se basa en la impregnación de alúmina con soluciones de Mo y Ni (simultáneamente o sucesivamente). Los catalizadores obtenidos presentan grandes actividades a relaciones metálicas entre (M/(M+Mo)= 0,250,24; esto se debe principalmente a las propiedades del soporte, siendo la alúmina la más utilizada por las excelentes propiedades mecánicas y texturales. Durante los últimos, el uso de heteropolioxomolibdatos ha demostrado ser una ruta nueva de síntesis, siendo así una alternativa eficaz e interesante para la síntesis tradicional bimetálica, que permite suprimir pasos en la preparación, como lo es la calcinación, requiriendo así una impregnación y un solo paso de secado, con el fin de preservar la estructura y evitar la formación de especies inactivas. En este trabajo se realizó un estudio comparativo del performance en hidrodesulfuración de catalizadores preparados con polioxomolibdatos tipo Anderson y molibdato soportados, respectivamente. La fase tipo Anderson (NH4)4[NiMo6O24H6]•7H2O se obtuvo por precipitación de soluciones acuosas teniendo en cuenta el método empleado por Nomiya et. al.[16]. Los catalizadores soportados sobre alúmina se obtuvieron por un solo paso de co-impregnación, a concentración deseada (15%p/p Mo), ya sea utilizando el polioxoanión tipo Anderson o el molibdato. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados por propiedades específicas, DRX, IR, RMN y DRS UV-vis. La actividad HDS se realizó en un reactor de flujo continuo y lecho fijo a 400°C y presión atmosférica con una carga de tiofeno (2.27vol%)/H 2, y alta presión con light cycle oil. En la Tabla 1 se observa que el polioxoanión soportado 67 presentó áreas específicas y volumen de poros mayor que el sólido por el molibdato soportado, este comportamiento podría ser debido a la disposición estructural de este sobre la superficie o dispersión. Asimismo, las relaciones metálicas cumplen con lo propuesto en la síntesis aplicada. Las actividades catalíticas en hidrodesulfuración de tiofeno y light cycle oil resultaron mayores para el polioxoanión Anderson soportado que para el molibdato. Este comportamiento catalítico se correlacionó con las propiedades texturales, el tipo de precursor oxídico y la relación metal: azufre. El estudio de 27Al RMN y DRS demostraron que la síntesis para el polioxoanión tipo Anderson soportado presentó muy baja cantidad de aluminatos que el obtenido por la síntesis de molibdatos. Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas de los sólidos NiMo/Al 2O3 preparados por los MSPOM y MSBT. Propiedades % conv. HDS % conv. Síntesis % p/p ICP Texturales tiofeno HDS LCO Ni/Mo SBET (m2/g) 265 22 Mo= molibdato soportado 11,0 56 rp (nm) 1,2 Vp (cm3/g) 0,15 SBET (m2/g) 325 rp (nm) 1,2 Ni= 1,0 7,0 Ni/Mo polioxoanión soportado 43 Mo= 13 83 6,1 Ni= 1,3 Vp(cm3/g) 0,27 2 ɣ-Al2O3 = 328 m /g; rp = 4,6nm; Vp=0,38 cm3/g Tabla de contenido 68 Efecto de la pilarización y la delaminación sobre las propiedades estructurales y texturales de una esmectita colombiana Juan Carlos Cortésa, Rafael Molinab, Sonia Morenoc,* Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Química, Grupo de Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA), Bogotá, Colombia, Av. Kr 30 #45-03. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los minerales arcillosos son materiales potenciales para la obtención de soportes y catalizadores, debido a sus propiedades fisicoquímicas y bajos costos. La modificación de estos minerales se realiza mediante dos metodologías ampliamente conocidas: la pilarización y la delaminación. En la primera, se realiza un intercambio con polihidroxocationes inorgánicos de mayor tamaño (ion Keggin) que, tras una calcinación, incrementan el espaciado interlaminar del mineral y generan especies oxídicas altamente distribuidas y estabilizadas que dan lugar a una nueva estructura porosa y a sitios activos particulares. De otro lado, en la delaminación o pérdida de la organización laminar tipo cara-cara, se emplean diferentes tipos de tensoactivos y soluciones modificantes de varios metales bajo la acción de radiación microondas para formar materiales de tipo mesoporoso con elevada área superficial y altas dispersiones de las fases activas que pueden ser incorporadas posteriormente vía impregnación. Este trabajo recoge una serie de sólidos modificados en diversos trabajos del grupo ESCA y compara el efecto que tiene la aplicación de la pilarización con Aluminio en presencia de diferentes parámetros de síntesis (ultrasonido (US), sonotrodo, microondas (MW)) y la delaminación con tensoactivos no iónicos (óxido de polietileno (POE), y alcohol polivinílico (PVA)) sobre las propiedades estructurales y texturales de una esmectita colombiana (M62), con el fin de evidenciar la influencia directa que tiene el método de modificación en la obtención de soportes catalíticos con usos versátiles que requieran micro o mesoporosidad. Se emplearon las técnicas de Difracción de Rayos X (DRX), Fluorescencia de rayos X (FRX), sortometría con N2 y análisis térmico diferencial y termogravimétrico para caracterizar los materiales modificados. Como se puede apreciar en la Tabla 1, el cambio en los valores de la relación Si/Al, la distancia interplanar d(001) y los parámetros texturales, evidencian la exitosa modificación del mineral natural. 69 Es importante señalar las diferencias entre los diversos materiales pilarizados en función de los cambios involucrados durante la síntesis (presencia de US, MW, etc). De otro lado, sin importar la metodología, los soportes sintetizados exhiben áreas específicas muy superiores a las del mineral de partida. No obstante, existe una diferencia notable en cuanto a la naturaleza textural del soporte final; con la pilarización se destaca el carácter microporoso y con la delaminación el mesoporoso, conservando en ambos casos, la forma del poro tipo rendija. El incremento del volumen de microporo favorece la difusión de especies hacia las cavidades interlaminares mejorando su uso como soporte o catalizador, para reacciones que no requieran temperaturas superiores a los 600 °C en las estructuras pilarizadas, debido a que el material puede colapsar. Por el contrario, los materiales delaminados exhiben una elevada estabilidad térmica. Palabras clave: Mineral Arcilloso, Pilarización, delaminación, porosidad. Tabla de contenido 70 Efecto de las propiedades texturales del TiO en la funcionalización con un complejo dioxo-Molibdeno 2 a b c Henry Martínez Quiñonez *, Edgar Páez Mozo , Fernando Martínez Ortega a,b,c Cicat, Escuela de Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los complejos de dioxomolibdeno soportados en el TiO 2 son capaces de promover la oxidación selectiva de arilalcanos y olefinas empleando oxígeno molecular y radiación UVVis. Sin embargo, la concentración del complejo soportado tiende a ser baja, lo que afecta consecuentemente su actividad. Dicho anclaje de los complejos de Mo se lleva a cabo a través de los grupos hidroxilo superficiales del TiO , por lo tanto, la cantidad de complejo soportado depende de la concentración, distribución y accesibilidad de los grupos –OH, que a su vez dependen del método de preparación del soporte. En el presente trabajo se estudió la influencia de la densidad de grupos hidroxilo de diferentes tipos de TiO en el anclaje covalente del complejo dioxo-dicloro-(2,2’-bipiridina-4,4’-dicaboxilato). El sistema híbrido MoO /TiO fue evaluado en la oxidación selectiva del α-pineno con oxígeno molecular y radiación UV-Vis. El estudio se realizó con diferentes soportes de TiO , con propiedades texturales y cantidad de grupos hidroxilo variables. La cantidad de grupos hidroxilo totales fue determinada mediante análisis termogravimétrico. La naturaleza de los grupos –OH (aislados, geminales y puente) fue observada por espectroscopía de infrarrojo fotoacústico y densidad de afinidad protónica. Un método químico fue utilizado para determinar la cantidad de grupos hidroxilo funcionalizables. El anclaje del complejo de dioxo-Mo se realizó a través de los grupos hidroxilo del TiO . La epoxidación del α-pineno se llevó a cabo en un microreactor batch de 15 mL, empleando una lámpara de mercurio (λ= 360 nm) a 19 °C en oxígeno. Como se observa en la tabla 1, la densidad de grupos hidroxilo tiene una fuerte influencia en la concentración final del complejo MoO soportado, encontrándose que una mayor cantidad de grupos –OH permite aumentar el contenido de complejo anclado al soporte. 2 2 2 2 2 2 2 71 Tabla 1. Relación entre las propiedades texturales y grupos hidroxilo en el TiO SOPORTE TiO P-25 TiO HT400 TiO SC150 TiO NP TiO NT(P25) TiO NT(NP) S BET (m /g) OH’s/nm TOTALES OH’s/nm FUNC. 2 2 a* 2 OH’s/nm aislados OH’s/nm geminal 2 2 OH’s/nm puente 2 MoO (mmol/g) 2 2 50 5,4 5,2 2,2 1,8 1,3 0,29 2 118 7,6 7,2 4,0 1,9 1,5 0,38 2 120 19,3 17,4 14,8 2,3 1,6 0,67 192 27,5 25,5 22,4 2,7 1,8 0,89 213 28,2 26,9 21,1 3,6 2,9 0,95 330 31,6 30,3 22,8 3,3 4,4 1,05 2 2 2 2 El aumento en la cantidad de unidades dioxo-Mo permitió mejorar considerablemente las propiedades foto-catalíticas del sistema en la oxidación selectiva del α-pineno (ver Figura 1.b), lo cual se vio reflejado en un aumento aproximado del 20 % en la conversión del sustrato, conservando la selectividad hacia la formación del epóxido de α-pineno. Figura 1. a) Espectro IR del complejo de dioxo-Mo anclado sobre los diferentes TiO ; b) Oxidación de α-pineno con los diferentes sistemas MoO /TiO en presencia de O y UV-Vis 360 nm. 2 2 2 2 Palabras clave: Propiedades texturales, Densidad de grupos hidroxilo: funcionalización superficial; complejos de dioxoMo; nanotubos de TiO ; oxidación selectiva. 2 Tabla de contenido 72 Efecto del contenido de Sn en la producción de nopol utilizando catalizadores soportados tipo Sn-MCM-41 Daniel Casas-Orozcoa, Edwin Alarcónb, Carlos Carreroc, Ive Hermansd, Aída Luz Villae*. a,b,e Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia c,d University of Wisconsin – Madison, Department of Chemical and Biological Engineering, 1101 University Avenue, Madison, Wisconsin 53706, United States Email: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], Resumen El nopol es un alcohol terpénico primario obtenido mediante la reacción de Prins entre βpineno y paraformaldehído, que se usa en la síntesis de pesticidas, fragancias y agroquímicos y en la formulación de productos de limpieza y aseo. Tradicionalmente, el nopol se sintetiza en presencia de catalizadores estequiométricos en fase homogénea, particularmente utilizando cloruros de estaño y en reactores autoclave. Dichos procedimientos presentan altos consumos de energía, conllevan a una considerable formación de subproductos e implican el uso de sustancias peligrosas y difíciles de separar del producto final. Por esta razón, el uso de catalizadores sólidos se presenta como una atractiva ruta para la síntesis de nopol, ya que facilita la separación del catalizador del medio de reacción, ofreciendo la oportunidad de implementar dicho porceso en continuo. Varios autores han reportado la actividad del estaño cuando se soporta en materiales mesoporosos (SBA-15, MCM-41) en la producción de nopol. Dichos estudios también muestran la influencia de la carga en la dispersión de metal y en la naturaleza de las especies soportadas. En este estudio, se sintetizó MCM-41 utilizando tetraetilortosilicato como fuente de silicio y bromuro de miristil amonio como agente estructurante en medio acuoso, con ajuste de pH. Posteriormente, el estaño se soportó mediante el método de impregnación húmeda incipiente, con cloruro estañoso disuelto en acetato de etilo como precursor metálico. La cantidad de Sn soportado se varió en el rango 0.25 %wt - 10 %wt, buscando evaluar el efecto de la cantidad de metal en la naturaleza de las especies de estaño y en la actividad y selectividad del material en la producción de nopol. Los patrones de difracción de rayos X de los materiales sintetizados mostraron los picos característicos de MCM-41 a 2θ = 2.6° y otros dos picos de menor intensidad a 2θ = 4.5 y 5.2; las áreas BET de los materiales estuvieron en el rango 845 – 997 m²/g. Los análisis de espectroscopía UV-Visible presentaron una señal pronunciada a 253 nm que ha sido asignada a especies de Sn aisladas y altamente dispersas. La alta dispersión de Sn ha sido corroborada por espectroscopía Raman. 73 La actividad catalítica del material se evaluó en términos de velocidad inicial de consumo de β-pineno y de formación de nopol; las reacciones se con β-pineno (0.46 M), paraformaldehído (0.92 M), 90 °C, acetato de etilo como solvente y 12 mg de catalizador por mL de solución. El tamaño de partícula del catalizador y la agitación magnética fueron ajustadas para eliminar limitaciones por transferencia de masa externas o al interior del catalizador. Las velocidades de reacción mostraron ser una función creciente de la carga de estaño en el material, para el rango de composición de Sn analizado. Sin embargo, la actividad catalítica normalizada por mol de estaño en la muestra, presentó un máximo con carga nominal de 0.5 %wt, tanto en términos de conversión de β-pineno como en formación de nopol (selectividad cercana al 100 %). Los catalizadores Sn/MCM-41 sintetizados presentan una alta actividad y selectividad hacia nopol, la cual se atribuye a la alta dispersión del Sn y a la ausencia de nanoparticulas de SnO. Palabras clave: Sn-MCM-41; nopol; Raman; espectroscopía UV-Vis. Tabla de contenido 74 Efecto del método de inmovilización de Celulasa en Fe3O4-SiO2NH2 y Fe3O4-SiO2-NH2 activada, en la hidrólisis enzimática de celulosa microcristalina. Annie Y. Vargasa*,José J. Martíneza, Hugo A. Rojasa. a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La celulasa extraída de Trichoderma reesei, es una mezcla de al menos dos celobiohidrolasas, cinco endoglucanasas, y β-glucosidasa, utilizadas para convertir celulosa en glucosa. Sin embargo, un punto crítico del uso de la celulasa, es la baja estabilidad y baja actividad catalítica que resulta en una fácil desactivación y su difícil separación del medio de reacción. Por esta razón, el desarrollo de estrategias eficaces para mejorar la estabilidad de la enzima es un objetivo importante para la conversión de celulosa. Estos problemas se pueden superar mediante el uso de la forma inmovilizada de la enzima. Las partículas magnéticas como Fe3O4 han recibido amplia atención en la inmovilización de enzimas, debido a la posibilidad de modificar su superficie usando grupos funcionales orgánicos que favorecen la adsorción de celulasas. Las modificaciones con sílice y organosilanos, principalmente, amino propil trietoxisilano (APTES) produce grupos -NH2 libres para su posterior unión de las enzimas. Además, pueden ser activadas por un procedimiento simple, utilizando glutaraldehído, como agente de reticulación, lo que favorece la estabilidad de la enzima debido a múltiples subunidades o multipuntos de unión covalente. En este trabajo, se prepararon nanopartículas magnéticas tipo Fe 3O4-SiO2, y fueron modificados con APTES (Fe3O4SiO2-NH2) y posteriormente activados con glutaraldehído y se evaluaron en la inmovilización de una mezcla de celulasa comercial por el método de adsorción física y covalente respectivamente. Posteriormente, se evaluó el efecto del método de inmovilización sobre la actividad enzimática de la celulasa sobre celulosa microcristalina y se caracterizó (estabilidad, reuso y estabilidad térmica) con el objetivo de maximizar la conversión de la celulosa en azúcares reductores. Los sólidos se caracterizaron por, XPS y FTIR. Los análisis de FTIR de los sólidos magnéticos permitieron comprobar la presencia de vibraciones relacionadas a la magnetita, NH y sílice amorfa. Con los análisis de XPS se comprobó la modificación de la superficie de las particulas magneticas con APTES y glutaraldehído. Los resultados mostraron que la celulasa inmovilizada tanto por adsorción física como unión covalente, presentó alta actividad de celulasa retenida y celulasa acoplada. Se evaluó la estabilidad durante 90 días, sin embargo, la celulosa inmovilizada 75 en ambos soportes presento perdida de la actividad relativa hasta un 50% a los 8 días. La celulasa inmovilizada por el método covalente puede ser utilizada en 3 ciclos de reacción alcanzando una actividad relativa cercana al 35%, mientras que el valor de la actividad relativa en la celulasa inmovilizada por adsorción física es casi el doble, en comparación con la enzima libre. La enzima libre retiene aproximadamente el 70% de su actividad inicial con el aumento de la temperatura a 70°C, mientras que la enzima adsorbida físicamente retiene un 40% y en la enzima inmovilizada covalentemente solamente se retiene el 25% de su actividad inicial. Por último, los soportes utilizados se lograron separar fácilmente de la mezcla de reacción con un campo magnético externo, lo que sugiere que se retienen sus propiedades magnéticas. Palabras clave: Celulasa; Celulosa; Fe 3O4-SiO2-NH2; Hidrólisis enzimática; Método de Inmovilización. Agradecimientos Los autores agradecen a COLCIENCIAS por el financiamiento del proyecto Código 110965843004 Contrato 047 Colciencias-UPTC. A la DIN-UPTC, por el apoyo financiero al proyecto N° SGI 1790 (Proyecto de Financiación interna). Tabla de contenido 76 Efecto del Ru en la reducción de Co soportado en óxidos mixtos MgO-Al O , derivados de hidrotalcitas utilizados en reacciones de Fischer-Tropsch 2 3 Angélica Forgionny, Fanor Mondragón, Andrés Moreno * Grupo Química de Recursos Energéticos y medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y naturales, Universidad de Antioquia (UdeA), Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. Email: *[email protected] Resumen Actualmente existe gran interés en el desarrollo e implementación de procesos que permitan obtener combustibles líquidos más limpios. La síntesis Fischer-Tropsch es parte fundamental de las tecnologías denominadas “X a líquidos” (X = gas natural, carbón o biomasa). La síntesis Fischer-Tropsch produce un amplio rango de hidrocarburos (C 1 a C50+) y productos oxigenados. Los catalizadores a base de Co son comúnmente empleados a nivel industrial debido a su actividad, estabilidad y especialmente alta selectividad hacia la formación de parafinas de cadena larga. Los catalizadores comerciales a base de cobalto contienen alrededor de 15% Co y emplean como soportes catalíticos óxido de aluminio o de sílice. El contenido elevado del metal hace que aspectos como la reducibilidad y dispersión metálica sean parámetros críticos a considerar. En la búsqueda de nuevos materiales que permitan un control de dichas propiedades, se ha planteado el uso de catalizadores a base de Co soportados sobre óxidos mixtos de Mg-Al, derivados de hidrotalcitas. Varios aspectos tales como el método de preparación y el efecto de las temperaturas de calcinación/reducción han sido previamente estudiados, sin embargo, no hay reportes acerca del uso de promotores de reducción en éste tipo de sistemas catalíticos. La adición de un metal noble (Ru o Pt) se espera que mejore significativamente la reducción de las especies de cobalto debido a un efecto spillover o al cambio en las propiedades estructurales de los materiales (ambiente electrónico). El objetivo del presente trabajo de investigación consistió en evaluar el efecto de adición de un promotor de reducción a un catalizador a base de Co soportado sobre óxidos mixtos de Mg-Al, derivados de hidrotalcita (Co/MgO-Al2O3). También se emplearon como soportes hidroxicarbonatos de Mg (Co/MgO) o Al (Co/Al2O3), para propósitos de comparación. El cobalto (10 % Co) y el rutenio (0.3 % Ru) fueron incorporados al soporte por el método de impregnación húmeda, en dos pasos. En cada paso la mezcla solución77 sólido (soporte o catalizador de Co) se dejó en agitación a temperatura ambiente hasta evaporación, seguida por secado a 90 °C, 24 h. El precursor obtenido se calcinó en aire estático a 300 °C por 4 h. Las propiedades de reducibilidad de los catalizadores se analizaron mediante reducción a temperatura programada y titulación con O 2 (grado de reducción). La actividad catalítica fue evaluada en un reactor de lecho fijo a 250 °C, 20 bar, flujo total de gas de síntesis de 20 mL/min (H 2/CO=2), durante 120 h. Los perfiles de reducción a temperatura programada obtenidos para los catalizadores, promovidos y sin promover, muestran dos eventos principales de reducción: el primero asociado a la reducción de los óxidos de Ru y Co u óxidos de Co, respectivamente y el segundo atribuido a la reducción de Co asociado a especies de cobalto con interacción más fuerte con el soporte; es decir, óxidos mixtos de CoO-MgO ó CoO-Al2O3. Para todos los catalizadores se observó que al incorporar Ru al catalizador que contiene Co se produce un desplazamiento hacia una menor temperatura de los picos de reducción. Además, la adición del Ru mejoró el grado de reducción de las especies de Co, medido por titulación con O2. Los resultados de actividad catalítica mostraron un aumento en el grado de conversión de CO, para todos los sistemas catalíticos promovidos, debido a una mayor reducción de los óxidos de Co vía spillover de hidrógeno. En cuanto a la selectividad, se observó que la adición de Ru favoreció la formación a hidrocarburos más pesados (fracción C12+) particularmente para los sistemas catalíticos soportados sobre MgO-Al2O3 y Al2O3, mientras que promovió la metanación para el catalizador soportado en MgO. Los resultados sugieren además una correlación entre la actividad catalítica y las propiedades de reducibilidad de estos catalizadores. Palabras clave: Fischer-Tropsch; catalizador; cobalto; promotor; conversión de CO. Agradecimientos: Los autores agradecen a Colciencias y a la Universidad de Antioquia por la financiación del proyecto 1115-521-28804 y al Programa Sostenibilidad 2014 2015. A.F. agradece a Colciencias por su beca doctoral. Tabla de contenido 78 Efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de Ni sobre la efectividad en la cementación gaseosa del acero a b c Felipe Cardona Álvarez , Camilo Varo Echeverri , María Pinzón Cárdenas . Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química, Santiago de Cali, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen La cementación gaseosa de aceros con bajo contenido de carbono puede llevarse a cavo utilizando como agente cementante gas de síntesis, el cual puede conseguirse mediante la combustión parcial catalítica del metano. En este trabajo se estudió el efecto del soporte y contenido de metal en catalizadores de níquel sobre la cementación gaseosa del acero. Para tal fin se sinterizaron catalizadores soportados en γ-Al O y γ-Al O modificada con Zr y Ce y como fase activa se utilizó Ni probando distintas cargas (0, 3, 6 y 9%); estos catalizadores se prepararon por impregnación húmeda. Los catalizadores se usaron en la reacción de combustión parcial del metano para generar la atmosfera que cemento las probetas de acero. La efectividad de la cementación se estableció con base en las pruebas de micro-dureza Vickers y profundidad de capa. La pieza de acero que mejor cemento registro una dureza de 339.88 HV y una profundidad de capa de 558.37 micras. Este ensayo estuvo relacionado con el catalizador con mayor carga de níquel, modificado con óxidos de Zr y Ce. El catalizador que produjo la menor cementación (dureza de 181 HV y profundidad de capa de 42 micras) fue el de la menor carga de níquel sin modificar. Con estos datos y con las tendencias de los resultados en general, se pudo establecer que mientras no haya presencia de níquel en el catalizador no se presentara cementación, y que la adición de óxidos de cerio y zirconio favorece la cementación de las piezas de acero. Con la finalidad de saber las propiedades que favorecieron la actividad catalítica de los catalizadores se realizaron pruebas de difracción de rayos X, área superficial por adsorción/desorción de N , espectroscopia dispersiva de energía de rayos X y espectroscopia infrarroja. Los resultados de las pruebas permitieron constatar la efectividad del método de preparación y calcinación de los catalizadores. Los EDS proporcionaron el análisis semi cuantitativo de la composición elemental de la muestra, con la cual de una forma indirecta se determinó que muestra estaba distribuida de forma más homogénea, encontrándose que los catalizadores modificados con Ce y Zr presentaron una distribución de Ni más homogénea. Mediante el análisis DRX se determinaron las fases catalíticamente activas que contribuyeron a la producción de la 2 3 2 3 2 79 atmosfera cementante, encontrándose que la fase activa se presentaba como NiO, además que en los catalizadores modificados se definieron mejor los picos correspondientes a NiO y γ-Al O . Los resultados del análisis de área superficial arrojaron que los catalizadores modificados tuvieron mayor área superficial que los catalizadores sin modificar para una misma carga de níquel, lo cual pudo deberse al hecho de que la presencia del cerio hace que los cristales de níquel sean más pequeños. Además se confirma que la modificación si ayudo a disminuir los efectos térmicos en los soportes de alúmina. Al comparar las áreas superficiales del catalizador con la mejor cementación (área de 82.5 m /g) y la que del que dio la menor cementación (área de 104.9 m /g), se evidencia que el ares es inversa a la efectividad en la cementación, lo que indiga que la mayor influencia en la actividad catalítica la tiene la carga de metal. 2 3 2 2 Palabras clave: NiO; γ-Al O ; óxidos de Ce y Zr; cementación gaseosa. 2 3 Tabla de contenido 80 Eliminación fotocatalítica de Escherichia Coli en aguas del rio Jordán de la ciudad de Tunja – Boyacá - Colombia. a b c d e Gisela Arias Bolívar *, Julie Murcia , Giovanna Ávila , Hugo rojas , Jairo Cubillos a Grupo de Catálisis GC-UPTC de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Av. central norte, Tunja, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], e [email protected] Resumen En la última década la contaminación del recurso hídrico ha comprometido de manera importante la salud de la comunidad de Tunja, el curso del Rio Jordán de esta ciudad se encuentra muy cercano a diferentes zonas residenciales de la ciudad, este efluente el cual recibe todos los desechos orgánicos e industriales de la ciudad y zonas aledañas, lo que representa no solo un riesgo para la salud de los habitantes de la ciudad. Como respuesta a esta problemática, se planteó el presente trabajo de investigación, el cual tiene como objetivo principal diseñar fotocatalizadores basados en dióxido de titanio que sean activos y efectivos en la eliminación de la bacteria enteropatógena Escherichia Coli en aguas residuales. Para lograr este objetivo se empleó la fotocatálisis heterogénea que actualmente representa una alternativa viable y económica para la eliminación de esta población microbiana, ya que en este tipo de tecnología se emplean materiales de bajo costo y se usa como fuente de energía la luz solar o la iluminación artificial disponibles en cualquier parte del mundo. En este estudio se han analizado las propiedades fotocatalíticas de TiO2 modificado por tratamientos de sulfatación y fluorización, ya que se ha encontrado que las propiedades superficiales de este oxido se pueden optimizar mejorando su efectividad en la degradación de especies microbianas presentes en aguas residuales contaminadas. El TiO2 empleado como material de partida se sintetizó a través de la metodología sol-gel y se modificó por adición de grupos sulfato e iones F - . La caracterización de estos materiales permitió observar que la adición de estos iones en superficie permite proteger la fase anatasa del TiO2 frente a las altas temperaturas de calcinación evitando la sinterizacion y la rutilización del material y al mismo tiempo es posible lograr un aumento en su actividad fotocatalítica. Los difractogramas obtenidos para estos materiales se presentan en la Figura 1 81 Figura 1: Difracción de rayos X para los materiales (TiO 2 puro, F-TiO2, Pt F-TiO2) Se encontró además que la fluorización modifica las propiedades de absorción de luz del TiO2 aumentando su absorción en la región visible del espectro como se puede observar en la Figura 2. Figura 2: Reflectancia difusa para los materiales (TiO 2 sol-gel, S-TiO2 , F-TiO2) 82 Los materiales fotocatalíticos se evaluaron en la eliminación de la bacteria E. coli presente en el área de muestreo correspondiente al cuso del Río Jordán de la ciudad de Tunja. En general se ha encontrado que usando el TiO 2 sin modificar es posible reducir de una manera muy significativa la turbidez de las muestras tratadas y lograr un porcentaje de eliminación de la bacteria en estudio, cercano al 35% de esta bacteria utilizado el fotocatalizador TiO2. Palabras clave: TiO2; Anatasa; Escherichia Coli; eliminación; fotocatálisis. Tabla de contenido 83 Epoxidación de limoneno con catalizadores de Ti y Au soportados en KIT-6 a b c d e Edwin Alarcón , Silvana Arias , Alfonso Talavera , Sergio A. Gómez , Gustavo A. Fuentes , f, Aída Luz Villa * a,b,f Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. c,d,e Departamento Ingeniería de Procesos, Universidad A. Metropolitana Iztapalapa, A. San Rafael Atlixco 186, México, DF 09340, México. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d e f [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los epóxidos son utilizados como intermediarios en síntesis orgánica; específicamente los epóxidos de monoterpenos, como el limoneno, se utilizan en la industria de fragancias y aditivos de alimentos. El limoneno, uno de los monoterpenos más comunes, se encuentra en altas concentraciones en el aceite esencial de cítricos. Su epoxidación se realiza generalmente en presencia de perácidos orgánicos tales como ácido peracético y ácido meta-cloro peroxibenzoico, generándose subproductos contaminantes. Una alternativa para disminuir el impacto ambiental de su síntesis involucra el uso de catalizadores heterogéneos, ya que cambian las rutas sintéticas y es posible reutilizarlos. Los catalizadores basados en Au han sido estudiados para oxidaciones en fase gas, siendo de particular interés la epoxidación de propileno y estireno. En las reacciones de oxidación en fase líquida, los catalizadores de oro se han utilizado para la obtención de ácidos carboxílicos a partir de alcoholes, aminoalcoholes, aldehídos y glucosa. En esta investigación se utilizaron catalizadores de Au y Ti soportados en titanosilicatos mesoporosos (KIT-6) para la epoxidación de limoneno con hidroperóxido de tert-butilo (TBHP). La síntesis de KIT-6 se realizó por el método de Kleitz y colaboradores. La incorporación de titanio se realizó por: (i) síntesis directa, muestra Ti-KIT-6 (AS) y (ii) postsíntesis, muestra Ti/KIT-6 (PR). En ambos soportes la relación Ti/Si fue 13%. Los catalizadores Au/KIT-6 se prepararon por el método de deposición - precipitación. La mezcla de reacción se preparó con 1.5 mL de una solución 0.302 M de limoneno en acetonitrilo, 64.9 µL de TBHP (70%) y 10 mg de catalizador. Las reacciones se llevaron a cabo en viales de 2 mL ubicados en un baño de aceite a 70°C y con agitación magnética (1000 rpm). Después de 24 h de reacción el catalizador se separó por centrifugación y las muestras de reacción (2 µL) se analizaron por triplicado en un cromatógrafo de gases Agilent 7890N, equipado con una columna capilar HP-5 (30 m) y detector FID. La caracterización textural de los soportes tipo KIT-6 indican áreas superficiales de 870 m /g y diámetro promedio de poro de 8.3 nm. Los espectros de reflectancia difusa en la 2 84 región UV-vis de soportes y catalizadores indican la presencia de titanio en coordinación tetraédrica y octaédrica. En el caso de los catalizadores de oro, los espectros muestran la banda del plasmón de superficie del oro a λ = 550 nm, que indica la presencia de nanopartículas. En la Tabla 1 se observa que la producción del epóxido y la conversión del limoneno fueron mayores en presencia de los catalizadores evaluados, que cuando no se utilizó ningún catalizador. Tabla 1. Actividad de catalizadores en oxidación de limoneno Nomenclatura Catalizador Conversión de limoneno, % C0 C1 C2 C3 C4 C5 Ninguno Ti/KTI-6 (AS) Au/Ti-KTI-6 (AS) Au/TiO Au/KIT-6 (PR) Ti/KIT-6 (PR) 10 22 15 17 15 23 2 Selectividad a epóxido de limoneno, % 3 37 46 6 21 34 Los materiales Ti/KIT-6 preparados por dos procedimientos diferentes (C1 y C5) presentaron la misma actividad. La selectividad al epóxido mejoró cuando el catalizador contenía Au soportado en Ti-KIT-6 (AS) (C2), es decir, en el soporte en el que se incorporó titanio desde la síntesis, en comparación con la obtenida con Au/KIT-6 (PR) (C4) y la muy baja selectividad con Au/TiO (C3). La presencia del soporte KIT-6, la forma de incorporación de Ti parecen influir en la actividad. De acuerdo a los análisis, las diferencias en la actividad se atribuyen a la dispersión y coordinación del titanio en el soporte y al tamaño de las nanopartículas de oro. 2 Palabras clave: epoxidación; limoneno; KIT-6; Au; Ti. Tabla de contenido 85 Esterificación de nopol con ácido acético sobre amberlyst-15 empleando diferentes solventes a b Luis F. Correa , Aída Luz Villa* . a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected] Resumen El acetato de nopilo, C H O , es un compuesto de fragancia artificial con un olor frutal a madera fresca que no está presente en la naturaleza. Este compuesto se prepara mediante la reacción carbonil–eno de β-pineno y paraformaldehído con una acetilación posterior del intermediario nopol con anhídrido acético en una autoclave a 150-230 °C o en presencia de un catalizador homogéneo como ZnCl a 115-120 °C. Ya que las reacciones de esterificación se han realizado eficientemente con resinas de intercambio iónico como la Amberlyst-15 y el tipo de solvente puede cambiar dramáticamente la velocidad de reacción y la composición de equilibrio, en esta investigación se estudió el efecto del solvente en la esterificación de nopol con ácido acético en presencia de Amberlyst-15. La reacción de esterificación de nopol con ácido acético se realizó en un balón de tres bocas de 25 mL, acoplado a un condensador. En una reacción típica se utilizó 6.1 mg/mL de catalizador, 20 mL (5 mmol) de solución nopol/solvente (0.25 M) y una relación ácido: alcohol de 2:1 con ácido acético (99.5% p/p). La mezcla se agitó a 750 rpm y el reactor se ubicó en un baño de aceite cuya temperatura se varió entre 50 y 80 °C. Después de 1, 2 y 8 h de reacción, se tomaron muestras que se analizaron en un cromatógrafo de gases Agilent 7890/MSD 5975C equipado con detector FID y una columna capilar DB-1. La cuantificación de acetato de nopilo, ácido acético y nopol se realizó mediante calibración multipunto empleando dodecano como estándar interno. El efecto del solvente en la reacción de esterificación se evaluó empleando solventes polares apróticos (acetato de etilo, n-hexano, tolueno), dipolar aprótico (acetonitrilo) y prótico (etanol). La mayor conversión de nopol (98.2%) se obtuvo con tolueno, seguido de acetato de etilo (53.1%) (Figura 1a), sugiriendo que en estos solventes se induce a una mayor transformación del sustrato. La selectividad al éster decreció en el siguiente orden: nhexano (50°C) > acetato de etilo (70°C) > tolueno (80°C) > etanol (60°C) > acetonitrilo (65°C). Es de resaltar una alta selectividad (55.7 %) a 480 min de reacción con n – hexano, aunque se presenta una baja conversión de nopol (5.8 %) a estas condiciones de reacción. La alta selectividad al éster en n-hexano puede deberse no solamente a su 13 20 2 2 86 naturaleza apolar aprótica sino también a la baja solubilidad (0.01 % a 20°C) en este solvente del agua que se produce en la reacción de esterificación. Figura 1. Conversión de nopol (a) y selectividad a acetato de nopilo (b). Condiciones de reacción: 50 - 80°C, 750 rpm, solución de nopol/solvente 0.25 M (20 mL), ácido acético 99.5% p/p, Amberlyst-15. La selectividad a nopol fue mayor con solventes apolares apróticos (acetato de etilo, nhexano, tolueno) que con el solvente dipolar aprótico (acetonitrilo) o el solvente prótico (etanol) utilizados. Palabras clave: esterificación; acetato de nopilo; nopol, Amberlyst-15 Tabla de contenido 87 Estudio cinético de la reacción de transferencia de átomos de oxígeno fotoinducida con un complejo de Mo anclado a TiO 2 a b Fernando Martínez Ortega , Julián Sánchez Velandia . a,b Centro de investigaciones en Catálisis, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia a b Email: [email protected], [email protected] RESUMEN En el centro de Investigaciones en catálisis (CICAT) de la Universidad Industrial de Santander (UIS), se ha estudiado la transferencia de átomos de Oxígeno con complejos de dioxo-molibdeno anclados al TiO2 con el objetivo de realizar reacciones de fotooxidación selectivas, área de investigación concordante con la química verde, ya que involucra el uso de luz y oxígeno molecular. Comprender la cinética de la transferencia de átomo de oxígeno (TAO) foto-inducida, es un aspecto relevante para el diseño de los procesos catalíticos, es por ello que determinar la velocidad de reacción catalítica usando como reacción modelo la oxidación de la trifenil fosfina (PPh3) es el objetivo principal de este trabajo. Para realizar este estudio, se prepararon tres catalizadores (BypMoO 2/TiO2, AcídoMolibdico/TiO2 y MoO3/TiO2), y se evaluaron en la reacción TAO foto-inducida, teniendo en cuenta los parámetros de modelo de cinética foto-catalítica: rendimiento cuántico, velocidad de absorción fotónica y constante cinética de reacción. Los catalizadores fueron caracterizados utilizando técnicas espectroscópicas como: IR, Raman, RMN 1H, y UV-Vis (reflactancia difusa), y la velocidad de desaparición de PPh 3 se midió a 258 nm, y observando la formación de un triplete en 265 nm característico del respectivo óxido. Los resultados observados indican una mayor constante de velocidad para el catalizador BypMoO2/TiO2, pero una menor constante de adsorción con respecto a los otros dos catalizadores, lo cual podría asociarse a un posible efecto electrónico del ligando 2,2’-bipiridina, que hace de puente entre el dioxoMo y el TiO 2 facilitando la TAO foto-inducida. Los resultados también muestran una mayor velocidad cuando se aumenta el flujo fotónico de la radiación incidente (figura 1) y en la concentración inicial del sustrato. 88 Figura 1. Efecto del flujo fotónico utilizando el catalizador BypMoO 2/TiO2 para la desaparición de la PPh3 (Lámpara 1: 321.54 µEinstein/Lmin, Lámpara 2: 8854 µEinstein/Lmin) Finalmente, con el objetivo de descubrir el posible mecanismo que siguen los catalizadores (oxidación vía radicales u oxidación por transferencia de átomo selectiva) se estudió la selectividad en la foto-oxidación del ciclohexeno, para la generación del respectivo epóxido (producto vía transferencia atómica) y de 2-ciclohexen-1-ona y 2ciclohexen-1-ol (producto vía radicales libres). El estudio evidencia un mecanismo de reacción diferente para el catalizador BypMoO 2/TiO2, con respecto a los otros dos (AcMo/TiO2 y MoO3/TiO2). Palabras clave: Selectividad, transferencia, cinética, foto-oxidación, adsorción. Tabla de contenido 89 Estudio comparativo de la acidez en la hidroconversión de nheptano para dos minerales arcillosos colombianos Jahaziel Amaya Bayonaa, Mónica Muñozb, Sonia Morenoc, Rafael Molinad*. Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA) Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Kra 30 N°45-03 Bogotá Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen La hidroisomerización de heptano es una reacción de interés que permite incrementar el octanaje en los hidrocarburos y adicionalmente se considera un sistema modelo para el estudio de reacciones bifuncionales donde debe existir un balance entre el número de sitios metálicos (des-hidrogenantes) y los sitios ácidos. En este sentido, trabajos previos han reportado la hidroisomerización de n-heptano utilizando como soportes ácidos diferentes minerales de arcillosos, donde, la bentonita (Be) y la vermiculita (V) se destacan por sus usos potenciales como catalizadores ácidos. El presente trabajo se orienta a un estudio comparativo del efecto que tiene la acidez de cada uno de estos materiales sobre el desempeño en la hidroisomerización de heptano. La tabla 1 resume las caracterizaciones más relevantes, resultados que ya han sido publicados pero que, a partir de los mismos, permiten registrar un paralelo en el comportamiento catalítico de Be y V. Los materiales sin modificar exhiben una acidez intrínseca como consecuencia de las sustituciones isomórficas de Al3+ por Si4+ en las capas tetraédricas, sin embargo la presencia de iones Mg2+ y Fe2+ sustituyendo al Al3+ en la capa octaédrica determina que la V posee la mayor cantidad y fuerza de los sitios ácidos. La acidez de los materiales proviene de la acidez intrínseca de la arcilla y la acidez aportada por el pilar introducido, el cual genera sitios ácidos Brönsted (B) y Lewis (L) en la región interlaminar del mineral. Adicional al proceso de pilarización, el tratamiento previo con ácido potencia la acidez de los materiales. La concentración de ácido usada no tiene un efecto importante en el contenido de sitios ácidos ni en la pilarización de la “Be” en cambio para la “V” la cantidad de ácido utilizada y la acidez total son directamente proporcionales. 90 Comparando las dos diferentes arcillas se encuentra que la “V” es un catalizador promisorio para la hidroisomerización debido a su propia naturaleza. Para el caso de la “Be”, los tratamientos posteriores también mejoran el comportamiento catalítico pero sin superar el de las vermiculitas modificadas, lo que sugiere la influencia del material de partida en la obtención de un catalizador apropiado para esta reacción. En términos generales el tratamiento ácido, independientemente de la naturaleza de la arcilla, incrementa el número de sitios Brönsted en el material favoreciendo la isomerización del alcano. En efecto, los materiales con la mayor relación B/L presentan mayores conversiones ya que los sitios Brönsted son los principales responsables de la hidroconversión. Las bentonitas modificadas exhiben una menor selectividad hacia los compuestos di-ramificados contrariamente a las vermiculitas. Tal comportamiento se atribuye a la diferencia entre la cantidad y fuerza de los sitios ácidos generados en estos materiales. Para el caso de las vermiculitas, la distribución de éstos y la mayor relación B/L permiten que la misma molécula experimente varias veces los procesos de deshidrogenación- reordenamiento de los iones carbenio e hidrogenación dando lugar a isómeros más ramificados. Adicionalmente, se encuentra que los sólidos con la menor relación B/L promueven procesos de craqueo por la fuerza de los sitios Lewis generados. En conclusión se encuentra que el incremento de la acidez de los minerales arcillosos permite obtener sólidos con un buen comportamiento catalítico para la hidroisomerización de n- heptano, donde se destaca la vermiculita como un catalizador potencial para procesos ácidos. Palabras clave: Acidez, hidroisomerización de n-heptano, pilarización, bentonita, vermiculita. Tabla de contenido 91 Estudio Computacional del Efecto de Compuestos OrganoNitrogenados Durante el Hidrocraqueo de Compuestos Poliaromáticos Sobre Zeolitas Mónica M. Garnica Mantillaa, Carlos M. Celis-Cornejoa, Gustavo E. Ramírez-Caballeroa* a Centro de Investigaciones en Catálisis (CICAT), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Cra. 27 No. 9, Bucaramanga, Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los Gasóleos de Vacío son materias primas comúnmente usadas en el Hidrocraqueo, los cuales tienen alto contenido de heteroátomos como azufre, nitrógeno y oxígeno. Se ha observado que los compuestos nitrogenados altamente refractarios al Hidrotratamiento de dichas fracciones, afectan negativamente la actividad catalítica durante el Hidrocraqueo. En este trabajo se aplica la Teoría del Funcional de Densidad para la estimación de parámetros termoquímicos, que permitan correlacionar los efectos inhibitorios de estos compuestos organo-nitrogenados. La escogencia de las moléculas representativas de Gasóleos de Vacío típicos se realizó con base en una amplia revisión bibliográfica sobre técnicas de caracterización de dichas fracciones, además en algunos análisis petroleómicos de dichas fracciones por técnicas de espectrometría de masas de alta resolución. La tabla 1 muestra las moléculas escogidas para este trabajo. Todas las simulaciones moleculares se llevaron a cabo empleando el software computacional Vienna Ab-initio Simulation Package. Para modelar el catalizador ácido de Hidrocraqueo se escogió como estructura zeolítica, la celda unitaria de Mordenita con 144 átomos, y parámetros de red a=18,094 Å, b=20,516 Å y c=7,524 Å (Ver figura 1). Se efectuó una sustitución isomórfica de Si por Al en la super jaula y simultáneamente se protonó la estructura para modelar el sitio ácido. Las optimizaciones de geometría se realizaron empleando pseudopotenciales con funciones de onda planas, y el funcional de intercambio y correlación de Perdew–Burke–Ernzerhof. Se estableció un Cut Off de la energía en 520 eV y una malla de K-points distribuidos uniformemente en la zona de Brillouin del tipo Monkhorst-Pack. Para el análisis de la distribución electrónica se aplicó la Teoría Topológica de Bader implementada en el algoritmo desarrollado por Henkelman y colaboradores de la Universidad de Texas en Austin. 92 Tabla 1. Grupo de moléculas escogidas, representativas de un Gasóleo. Molécula Carbazol Tetrahidrocarbazol Quinoleina Naftaleno Fenantreno Criseno Pireno Tetrahidrofenantreno Familia Organo-Nitrogenado no básico Producto OrganoNitrogenado no básico OrganoNitrogenado básico Hidrocarburo Poliaromático Hidrocarburo Poliaromático Hidrocarburo Poliaromático Hidrocarburo Poliaromático Producto de Hidrocarburo Poliaromático Figura 1. Vista superior de la estructura de la Mordenita. Los cálculos de calores de adsorción se determinaron según la ecuación 1. ∆Hads=Em-zeo-(Em+Ezeo) (1) Donde Em-zeo es la energía total de la molécula adsorbida en la superficie de la zeolita, Em y Ezeo son respectivamente las energías totales de la molécula y la zeolita sin interacciones. De los cálculos se obtuvo que las energías de adsorción de los hidrocarburos tiene una fuerte dependencia en relación con el aumento en el grado de insaturación de los compuestos poliaromáticos. Los cálculos de las energías de adsorción de los compuestos organo-nitrogenados, permitieron correlacionar el efecto inhibitorio con el grado de insaturación de los hidrocarburos. Palabras clave: DFT; Mordenita; Calores de adsorción; Sitios ácidos; VASP. Tabla de contenido 93 Estudio de la Actividad Fotocatalítica de Óxidos Tipo Perovskitas en la Degradación del Colorante Cloruro de Metiltionina con Luz Solar María C Lópeza*, Cecilia Caballerob, Juan Oviedoc, Mario Barrerad. a,b,c,d Universidad de Córdoba,Carrera 6a# 76-103 Montería, Colombia, A.A. N° 354. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen Se estudió la degradación de cloruro de metiltionina con radiación solar para estudiar la eficiencia Fotocatalítica de las ferritas de lantano sustituidas con Ce y no sustituidas las cuales fueron calcinadas a 700, 800 y 900 °C, observandose mayor degradación con el uso de la ferrita no sustituida con una mayor degradación de cloruro de metiltionina (73.93 %) resaltando el comportamiento de la ferrita de lantano sin calcinar, esta mayor degradación respecto a los demás catalizadores, trascurrido 6 horas de reacción se presentan resultados de degradación de 73.93 % para La Ce FeO X: 0,00 (sin calcinación) 72.93 % La Ce FeO X: 0,00 (700 °C); 72.22 % La Ce FeO X: 0,00 (800 °C) y 73.33 % La Ce FeO X: 0,00 (900 °C). Para las ferritas sustituidas se obtuvo degradación de 73.83 % La Ce FeO X: 0,01 (sin calcinar) y 71.61 % La Ce FeO X: 0,01 (700 °C), 44.94 % La Ce FeO X: 0,01 (800 °C) y de 59.79 % para La Ce FeO X: 0,01 (900 °C). Las concentraciones óptimas de fotocatalizador para la degradación del cloruro de metiltionina es de (10 mg/L) encontradas en esta investigación son: 2 mg de catalizador no sustituidas, a temperatura ambiente y 700°C hasta las 6 horas de reacción, aunque se denota buenos porcentajes de degradación en las primeras 4 horas para el catalizador en todas sus temperaturas; las ferritas sustituidas a temperatura ambiente fue estable en las horas de reacción debido a que degrada constantemente pero se denota que la ferrita de lantano a 700°C de calcinación tuvo un comportamiento similar a la anterior pero esta logro menor degradación que la ferrita sustituida a temperatura ambiente, se puede indicar que la sustitución y la temperatura de calcinación afecta en pequeño grado a su actividad fotocatalitica. x-1 x-1 x-1 x x 3 x-1 x x 3 3 3 x-1 x-1 x-1 x x 3 x-1 3 Palabras clave: Fotocatalitica, ferrita, metiltionina Tabla de contenido 94 x x 3 3 Estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de TiO modificadas con plata a b 2 c William Vallejo *, Carlos Díaz-Uribe , Karen Navarro . a,b,c Grupo de Fotoquímica y Fotobiología, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia, 080001. * Email: [email protected] Resumen En este trabajo se realizó un estudio de la actividad fotocatalítica de películas delgadas de TiO modificadas con plata (Ag). Las películas de TiO fueron obtenidas por el método Doctor Blade, usando Degussa P-25, la modificación de los fotoelectrodos se realizó por foto-reducción a partir de una solución de nitrato de plata por medio reducción fotoquímica. El catalizador fue caracterizado por difracción de rayos X, infrarrojo y reflectancia difusa. La actividad fotocatalítica de las películas de Ag-TiO fue evaluada en la fotodegradación de un contaminante modelo (azul de metileno). Los resultados de la caracterización indicaron que las películas fueron policristalinas y crecieron en una mezcla de anatasa y rutilo. El estudio de la actividad fotocatalítica indicó que la presencia de nano-partículas de plata en el TiO mejoró la actividad fotocatalítica de este. La fotocatálisis heterogénea ha presentado considerable interés en la última década debido a su aplicación general en la remediación ambiental, se han utilizado muchos semiconductores en presencia de radiación electromagnética para la degradación de diversos contaminantes orgánicos, bacterias, virus y otros, tanto en cuerpos de aguas como en sistemas gaseosos [1]. Dentro de los semiconductores más estudiados se encuentra el TiO el cual es inocuo, existe de manera abundante en la naturaleza, no es tóxico, presenta alta estabilidad química y bajo irradiación ultravioleta posee elevadas propiedades fotocatalíticas [2]. Cuando el TiO absorbe radiación electromagnética con energía mayor a la de su band gap (3,2 eV) se promueve un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción generando lo que se conoce como par electrón-hueco, estas especies pueden generar especies reactivas de oxígeno que son las encargadas de la degradación de los contaminantes orgánicos y demás [3]. Sin embargo, el principal inconveniente que presenta éste semiconductor para una eficiente actividad fotocatalítica es la rápida recombinación del par electrón-hueco fotogenerado. Se ha reportado que la modificación del TiO con metales nobles (incluyendo Ag, Pt, Ru, Pd) disminuye el proceso de recombinación, formando heteroestructuras y nuevas interfaces que mejoran la eficiencia fotocatalítica [4-6]. El objetivo de éste estudio es investigar el efecto de la modificación de películas de TiO con nanopartículas de plata sobre su actividad fotocatalítica en la degradación de un contaminante modelo como es el azul de metileno. 2 2 2 2 2 2 2 2 95 En la Figura 1 se observa la fotodegradación del azul de metileno por parte de las películas delgadas de TiO modificadas y sin modificar bajo la irradiación de radiación ultravioleta. Se puede ver que las películas modificadas presentaron una mayor actividad fotocatalítica que las películas sin modificar. Este resultado puede ser atribuido a las barreras de Schottky que se pueden generar entre la Ag y el TiO ; este fenómeno puede ayudar a disminuir el proceso de recombinación del par electrón-hueco fotogenerado en el TiO favoreciendo el proceso fotocatalítico [7] 2 2 2 . Figura 1. Degradación de azul de metileno por películas delgadas de TiO2 y Ag-TiO2 Los resultados de la fotodegradación mostraron que la presencia de nanopartículas de Ag en el TiO mejoró la actividad fotocatalítica de éste en la región ultravioleta del espectro electromagnético. 2 Palabras clave: Fotocatálisis; dióxido de titanio; fotodeposición; recombinación; Doctor Blade. Tabla de contenido 96 Estudio de la deposición de Paladio sobre Carbón Activado y su efecto en la reacción de hidrogenación de alquino. a, a a b Cecilia Lederhos *, Juan Badano , Juliana Maccarrone , Concepción Salinas , Carolina a c b a Betti , Cristian Miranda , Fernando Coloma-Pascual , Mónica Quiroga a Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE, UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina b Servicios Técnicos de Investigación, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, España c Grupo de Catálisis, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia. e a b Email: [email protected], [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen La hidrogenación selectiva de compuestos acetilénicos usando catalizadores metálicos homogéneos o heterogéneos ha sido ampliamente estudiada en los últimos años debido a su interés académico e industrial. Los productos obtenidos a partir de estas reacciones son muy usados en la síntesis de química fina; en compuestos biológicamente activos, importantes en la industria farmacéutica; en la producción de poliolefinas, como son el polipropileno, polietileno, etc., utilizados masivamente. Muchos metales y diferentes soportes han sido propuestos y estudiados como catalizadores de este tipo de reacciones. Los metales de transición, soportados y no soportados, como son Pd, Ni, Pt, son ampliamente usados como catalizadores en hidrogenación selectiva y síntesis de compuestos orgánicos. Una de las principales ventajas de este tipo de hidrogenación es que utiliza condiciones suaves de trabajo de presión y temperatura. El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto de la sal precursora (PdCl y Pd(NO ) ) utilizada en la preparación de catalizadores de paladio soportados sobre carbón activado (CA), en la actividad y selectividad en la semi-hidrogenación de 1-heptino a 1-hepteno. Sobre dos porciones de carbón activado (CNR-115 provisto por NORIT, S : 1503 m g , volumen microporo: 0,738 mL g , volumen total poro: 1,010 mL g ) fueron depositadas soluciones de PdCl y Pd(NO ) , estabilizadas a pH=1 con HCl y HNO , respectivamente; en concentraciones tales de obtener 0,4 % / de Pd en el catalizador final. Los catalizadores PdCl/AC y PdN/AC fueron secados 24 h a 373 K y reducidos en H a 393 K durante 1 h previo a su evaluación catalítica. Los catalizadores fueron caracterizados por ICP, XPS, TPR, FTIR, quimisorción de H , TPD. Los catalizadores fueron evaluados en la reacción de hidrogenación selectiva de 1-heptino a 1-hepteno, en un reactor semicontinuo tanque agitado de acero inoxidable a 800 rpm, 303 K, 150 kPa de presión de H y usando 0,75 g de catalizador. Como alimentación se utilizaron 75 mL de una solución al 5 % (v/v) de 1-heptino en tolueno. Reactivos y productos fueron analizados por GC con detector 2 3 2 2 BET -1 2 -1 3 2 3 m m 2 2 2 97 -1 FID y columna capilar. El clásico catalizador de Lindlar [Pd /CaCO envenado con Pd(Ac) ] fue utilizado a modo de comparación. Los resultados de caracterización (TPR y TPD) indicaron una modificación del soporte al utilizar HNO durante la preparación de PdN/AC. Los resultados de XPS confirman la presencia de Pd totalmente reducido sobre la superficie de ambos catalizadores, y presencia de cloro superficial para PdCl/AC. Los valores de conversión total resultaron: PdN/AC (≈70%) > PdCl/AC (≈30%) a los 180 min de reacción. La selectividad al producto deseado también fue un 10 % mayor para PdN/AC. Este catalizador (PdN/AC) pudo superar los valores de conversión presentados por el clásico catalizador de Lindlar, y mejorar la selectividad a 1-hepteno. El catalizador PdN/AC presentó varias ventajas y mejoras: menor contenido de metal y por ende menor costo, mayor conversión total y muy buena selectividad al producto deseado; frente al clásico Lindlar y frente a un catalizador de precursor clorado. La química superficial del carbón resulta muy importante, ya que produce modificaciones en los efectos electrónicos y geométricos. 5% 3 Tabla de contenido 98 3 2 Estudio de la distribución del 1-naftol en vesículas grandes unilaminares de AOT-BHD por voltametría de onda cuadrada a* b c Airam K. COBO , N. Mariano CORREA , Patricia G. MOLINA . Departamento de Química. Universidad Nacional de Río Cuarto. Agencia Postal #3. 5800 Río Cuarto. ARGENTINA. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected]. Resumen Las vesículas son sistemas organizados que se forman comúnmente cuando un fosfolípido es disuelto en agua. Un novedoso surfactante de tipo cataniónico, resulta de la mezcla de un surfactante aniónico (bis-(2-etil-hexil) sulfosuccinato de sodio, (AOT)) y de un surfactante catiónico (cloruro de bencil-hexadecil-dimetilamonio (BHDC)), forma vesículas unilaminares de AOT-BHD de manera espontánea sin aplicar tratamientos físicos al sistema, como es requerido en aquellas formadas por fosfolípidos. En este trabajo se estudia el comportamiento del 1-Naftol (Nf) en vesículas grandes unilaminares (VGU) de AOT-BHD por voltametría de onda cuadrada (VOC) y espectroscopia de absorción. Esta investigación brinda información acerca de la interacción de Nf con estas vesículas, y es de gran interés, debido a las similitudes estructurales de las mismas con las membranas biológicas. Los estudios se realizaron en VGU de AOT-BHD mediante la técnica de VOC, utilizando una celda de tres electrodos. Como electrodo de trabajo se usó un disco de platino (Pt) de área A = 0,126 cm , un electrodo de referencia Ag/AgCl/Cl y un contraelectrodo de Pt de gran área. Se utilizó Nf como molécula prueba y como electrolito soporte una solución 0,05M de LiClO a 25,0 ± 0,1 °C. Los estudios se realizaron en agua y en VGU de AOTBHD, a valores de pH=5.7 donde el Nf se encuentra como especie neutra y a pH=10 cuando se encuentra ionizado como Naftolato (Nf ). Los resultados obtenidos variando la [AOT-BHD] mostraron que el Nf y el Nf sufren un proceso de reparto entre la fase acuosa y la bicapa de la VGU, mostrando un cambio de corriente dependiendo de la [AOT-BHD], para explicar esto se plantea un modelo electroquímico del cual, se obtiene la constante de reparto (Kp) y el coeficiente de difusión de la vesícula (D ), valores que se comparan con los obtenidos por la técnica de dinamic light scattering. Se realiza espectroscopia de absorción siguiendo los cambios en las bandas de absorción del (Nf) a λ 290 nm y el (Nf ) a λ 332 nm, cuando se variaba la concentración de VGU. A medida que se incrementó la [AOT-BHD], fue posible observar la disminución progresiva en los máximos de absorción del Nf (λ 290 nm) y del Nf (λ 332 nm) para los valores de pH 5,7 y 10. Se calculó la constante de reparto (Kp) y se comparó con lo 2 4 - - v - Abs Abs - Abs 99 Abs obtenido por electroquímica. En conclusión, Se calculó K y el D del naftol y el naftolato en VGU de AOT-BHD por VOC y por espectroscopia de absorción obteniéndose una buena concordancia entre ambas técnicas. Además ambas técnicas arrojan un valor de D cercano al obtenido por DLS. A pH 5,7 el Nf se encuentra como molécula neutra lo que facilita su incorporación en la bicapa de la vesícula, caso contrario a pH10, donde el Nf genera repulsión con la bicapa de la VGU, por lo que su Kp es pequeño. Por lo tanto, los métodos electroquímicos pueden ser una alternativa para la caracterización del comportamiento de moléculas electroactivas en ambientes confinados como la bicapa de las vesículas. V V - Palabras clave: Surfactante; Vesículas, Naftol; electroquímica. Tabla de contenido 100 Estudio de la Electrocinética de la Reacción de Oxidación de Hidrógeno en Paladio utilizando Microscopía Electroquímica de Barrido (SECM) Mónica Jeréza, Fabián Ríosb*. a,b Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia. Email: [email protected], [email protected] Resumen La oxidación de hidrógeno (HOR) es una de las reacciones electroquímicas más estudiadas no solo por su importancia teórica sino también por las diversas implicaciones tecnológicas que tiene. El paladio, como metal perteneciente a la familia del platino, se comporta como un buen catalizador para la HOR. Esto y la capacidad que tiene de absorber grandes cantidades de hidrógeno lo convierten en un sistema de interés para diversas aplicaciones. Normalmente se ha utilizado la amperovoltametría cíclica para realizar estudios de la electrocinética de la HOR en paladio. En el presente trabajo se propone el uso del microscopio de barrido electroquímico (SECM) ya que debido a las altas velocidades de transferencia de masa que presenta hace posible estudiar reacciones muy rápidas como las que se presentan en la oxidación de hidrógeno. Experimentalmente se utilizaron curvas de aproximación de un microelectrodo de platino de 25 μm de diámetro sobre un electrodo de paladio de 2 mm de diámetro. Las curvas de aproximación muestran un comportamiento atípico al de otros metales de la familia del platino, el cual fue atribuído al proceso de absorción de hidrógeno. El análisis de las curvas de aproximación y su ajuste teórico permitió la determinación de las contantes cinéticas para la HOR además de determinar el coeficiente de absorción de hidrógeno en paladio. Se pudo concluir que el SECM es una herramienta útil y eficiente para la evaluación del comportamiento electrocatalítico del paladio. Adicionalmente se desarrolló un nuevo modelo teórico que permite estudiar sistemas electroquímicos donde se presenten fenómenos de absorción de las especies implicadas. Palabras clave: electrocatálisis; paladio; reacción de oxidación de hidrógeno; SECM; Microscopía Electroquímica. Tabla de contenido 101 Estudio de la zeolita beta modificada y magnetización en la hidrólisis de celulosa Javier Chaparro Barajasa*, Carolina Pazos Zaramab, José Martínez Zambranoc, Hugo Rojas Sarmientod, Annie Vargas Lizarazoe a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia, 15. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La hidrólisis de la celulosa es un proceso relacionado con la ruptura de enlaces β-1,4glicosidicos en la celulosa donde la glucosa es el principal producto, catalogada como una materia prima renovable que se puede convertir eficientemente en varios compuestos químicos, combustibles, alimentos y medicamentos. El método convencional para hidrolizar la biomasa lignocelulósica es la hidrólisis directa que se realiza principalmente con ácidos minerales. Sin embargo para continuar con una producción sostenible se han utilizado diferentes técnicas como irradiación con microondas y tratamientos con ultrasonido, además del uso de catalizadores sólidos ácidos tales como zeolitas, óxidos de metales de transición, resinas de intercambio iónico, catalizadores solidos ácidos soportados, heteropoli-compuestos, entre otros, obteniendo rendimientos de conversión de celulosa a glucosa de hasta un 98% por lo tanto, la hidrólisis de celulosa con zeolitas beta modificadas abre nuevas oportunidades para una eficiente degradación de celulosa. En este trabajo, la acidez de la zeolita beta fue modificada por impregnación con Cerio, Lantano y grupos sulfónicos, este último catalizador se utilizó en el procedimiento de magnetización por impregnación con óxidos de hierro para generar propiedades en el material que permitan la recuperación del catalizador y reciclaje en reacción en fase líquida. Los sólidos obtenidos se utilizaron como catalizadores en la reacción de hidrólisis de celulosa cristalina y se caracterizaron por DRX, espectroscopia infrarroja FT-IR, la acidez fue obtenida por titulación y la actividad catalítica fue evaluada como porcentaje de azucares reductores totales (ART). La zeolita beta fue sintetizada por tratamiento hidrotérmico en un reactor de Teflón, con camisa de acero inoxidable. La mezcla de síntesis se preparó utilizando sílice amorfa, sulfato de aluminio y solución acuosa de hidróxido de tetraetilamonio al 35%. También se utilizaron cloruro de sodio y cloruro de potasio. La magnetización de zeolita beta se realizó a partir de la impregnación con una mezcla óxidos de hierro en una relación (1:2). La sulfonación de la zeolita beta ácida magnetizada se realizó por medio de reflujo con mercaptopropiltrietoxisilano en tolueno y una oxidación con peróxido de hidrogeno. Finalmente La zeolita beta se impregnó con una solución etanólica de nitrato de cerio y cloruro de lantano con una carga de 30% p/p. 102 De acuerdo a los análisis de DRX y FT-IR, las modificaciones realizadas a la zeolita beta ácida sintetizada muestran que las impregnaciones hechas con La 2O3 y CeO2 no afecta la cristalinidad de la zeolita beta precursora, sin embargo, se modifica la acidez ligeramente. Los cambios en la acidez se ven reflejados en la actividad catalítica en la reacción de hidrólisis de celulosa y por lo tanto en el porcentaje de ART. La modificación de la zeolita con lantano no favorece a la reacción por la pérdida de sitios ácidos en la estructura de la zeolita. La impregnación realizada con óxidos de hierro afecta la cristalinidad de la zeolita beta precursora afectando las propiedades ácidas. La incorporación de grupos sulfónicos tanto a la zeolita beta precursora como a la magnetizada aumenta considerablemente la acidez de la zeolita y se logran obtener porcentajes de ART de 59% y 39% respectivamente en la hidrólisis de celulosa. Adicionalmente, se obtienen propiedades magnéticas en los catalizadores que facilitan la etapa de separación para su reutilización. Palabras clave: Celulosa; hidrólisis; grupos sulfónicos; magnetización; zeolita beta. Agradecimientos Los autores Agradecen al contrato 047-2015 COLCIENCIAS – UPTC del proyecto: Desarrollo de catalizadores multifuncionales para procesos de una sola etapa. Código SGI 1659. Tabla de contenido 103 Estudio de un catalizador bifuncional para la obtención de γ– valerolactona a partir de alcohol furfurilico a a* a a José Matinez , Luis Páez , Jairo Cubillos , Hugo Rojas . a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia. a a a Email: [email protected], [email protected], [email protected], a [email protected] Resumen El propósito de este trabajo fue estudiar el efecto de las propiedades ácido-redox de Pt/SiO -SO H en la obtención de γ–valerolactona a partir de alcohol furfurílico, vía levulinato de etilo. La figura 1 ilustra la reacción bajo estudio. 2 3 Alcohol furfurílic γvalerola Levulinat o de etilo Figura 1. Obtención de γ–valerolactona a partir de alcohol furfurílico La primera etapa de la reacción, involucra la participación de los grupos sulfónicos para obtener levulinato de etilo y la segunda etapa es la hidrogenación de levulinato de etilo a γ-valerolactona, en la presencia de sitios metálicos. Los catalizadores fueron preparados en dos etapas. Primero, se realizó la funcionalización de sílice comercial con mercaptopropil trietoxisilano, posterior oxidación para la generación de los grupos sulfónicos (SiO -SO H). Por último, este sólido fue tratado con Pt coloidal y el material obtenido fue denominado Pt/SiO -SO H. Este material fue caracterizado por análisis de fisisorción de nitrógeno a 77 K, quimisorción con H y la capacidad ácida se determinó por titulación con hidróxido de sodio. Los resultados mostraron un cambio en las propiedades texturales y una disminución de la acidez en Pt/SiO -SO H, debido a la incorporación del metal. El efecto del carácter ácido de SiO -SO H sobre la producción de levulinato de etilo se estudió a distintas temperaturas en atmósfera de N , utilizando un reactor tipo batch. El seguimiento de la reacción se realizó utilizando un cromatógrafo de gases VARÍAN CP3800 y un espectrómetro de masas VARÍAN Saturn 2000, acoplado con una columna βDex de 30 metros de longitud, 0,25mm DI y espesor de recubrimiento de 0,25 µm. Los 2 3 2 3 2 2 2 3 3 2 104 resultados sugieren que para la obtención de levulinato de etilo, la ruta de reacción involucra la formación de dos intermediarios: el etoximetil furano y el 4,4,5-trietoxipentan2-ona. Este último se descompone paralelamente a levulinato de etilo. Posteriormente, se estudió el efecto del Pt soportado sobre SiO -SO H para la producción de GVL; los resultados mostraron un distinto comportamiento en cuanto a la distribución de los intermediarios y de levulinato de etilo, principalmente asociado a una disminución de la capacidad ácida de Pt/SiO -SO H por la incorporación de Pt coloidal, cambio de atmósfera de reacción (de N a H ) y desactivación de los sitios metálicos por la fuerte adsorción de los intermediarios sobre los grupos sulfónicos. No se observó la hidrogenación de levulinato de etilo a γ-valerolactona con Pt/SiO -SO H. La hidrogenación de levulinato de etilo obtenido de la mezcla de reacción a γ-valerolactona, solamente se logró con el uso de un catalizador comercial de Raney-Ni. 2 2 2 3 3 2 2 3 Palabras clave: Catalizador bifuncional; alcohol furfurílico; funcionalización; sílice comercial. Tabla de contenido 105 γ-valerolactona; Estudio del efecto fotocatalítico con TiO2 en el efluente de agua de la línea de producción de un campo petrolero. Paula Catalina Velosa Alfonsoa* Cesar Augusto Quiñones Segura. a Universidad de América, Bogotá. Email: [email protected] Resumen Se busca desarrollar un método fotocatalítico utilizando dióxido de titanio que permita observar y cuantificar el nivel de degradación de hidrocarburos presentes en una muestra de agua de la línea de facilidades de producción de un campo petrolero. Esto realizando pruebas previas y posteriores al tratamiento fotocatalítico al efluente para poder determinar la disminución de hidrocarburos y el tipo de degradación que se presentó, ya haya sido parcial o total. De esta manera se genera el estudio de una alternativa como respuesta a las exigencias gubernamentales que actualmente las operadoras deben cumplir con respecto a los cortes de agua generados en sus procesos; pues como consecuencia de la producción de crudo , en el proceso de perforación por cada barril que se extrae de crudo se extraen en promedio cinco barriles de agua, agua que hasta el momento tiene tres usos que son: primero, reinyección de nuevo al subsuelo en procesos de recobro mejorado, segundo, para obtener una mayor producción de crudo o mantener la presión en un yacimiento y tercero para inyección en un lecho de almacenamiento o tratamiento convencional y final disposición en fuentes hídricas cercanas al campo . Por ello se propone tratar con fotocatálisis este tipo de efluentes, abriendo la posibilidad a futuro de la utilización de nuevas técnicas en el tratamiento de aguas, teniendo en cuenta el bajo costo y la alta disponibilidad del dióxido de titanio como fotocatalizador, junto con la implementación de técnicas gravimétricas y espectroscópicas que se utilizaran como primera técnica para cuantificar y cualificar el contenidos de hidrocarburos totales en el efluente (HTP’S) antes del tratamiento fotocatalítico y luego proceder a realizar la fotodegradación con TiO 2 en suspensión y soportado en películas de vidrio. Todo esto se encuentra en curso basado en su primera etapa de seguimiento en las normas APA . wáter & wastewater y en su segunda etapa del tratamiento fotocatalítico tomando como antecedentes los métodos de soporte e iluminación ya implementados en el grupo de investigación Materiales Fotoactivos (universidad de América) utilizados para medios acuosos. Palabras clave: Dióxido de titanio, hidrocarburos, facilidades de producción, fotodegradación, fotocatálisis Tabla de contenido 106 Estudios ab initio de la estructura y reactividad de centros metálicos soportados en catalizadores heterogéneos Francisco Nuñez-Zarura,b,*, Aleix Comas-Vivesb, Christophe Copéretb. a Instituto de Química, Universidad de Antioquia , Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia b Departamento de Química y Biociencias Aplicadas, ETH Zürich, Vladimir-Prelog-Weg 1-5, CH8093 Zürich, Suiza. Email: a,[email protected]; [email protected]; [email protected] Resumen En esta contribución se presentarán los resultados más relevantes de dos proyectos relacionados con el estudio de la reactividad e identificación de sitios metálicos activos en catalizadores heterogéneos. El primer proyecto tiene como objetivo entender y proponer un mecanismo de polimerización de etileno con el catalizador de Phillips, el cual se compone básicamente de centros de Cr dispersos en sílica amorfa (Cr/SiO 2). El polietileno producido es de gran importancia pues se estima que la demanda global en el año 2018 será de 99.6 millones de toneladas métricas. Sin embargo, dado que el catalizador de Phillips presenta un alto grado de heterogeneidad y diversidad de centros de Cr con diferentes estados de oxidación, las técnicas experimentales para caracterizar el sistema son limitadas. Para superar estas limitaciones, en nuestro grupo se ha sintetizado un catalizador con centros de CrIII definidos anclados en sílica, y que ha resultado igual de activo en la polimerización de etileno que el catalizador industrial. Para entender el mecanismo de la reacción y entender la formación del primer enlace Cr-C (necesario para propagar el polímero), se llevaron a cabo cálculos computacionales basados en DFT usando modelos de clúster para simular el catalizador. Los resultados sugieren que la formación del enlace Cr-C tiene lugar a través de la activación de un enlace C-H del etileno, con la formación de un grupo ≡Si(μ-OH)Cr (Figura 1a). La propagación de la cadena del polímero tiene lugar a través de un mecanismo tipo Cossee-Arlman, mientras que la terminación de la cadena tiene lugar a través de la reacción de transferencia de protón desde el fragmento ≡Si(μ-OH)Cr a la cadena polimérica. Los cálculos de las barreras energéticas de inserción vs. terminación indican que la inserción es favorecida, lo cual asegura que el polímero se propagará. El segundo proyecto está relacionado con la identificación de sitios activos en la zeolitabeta sustituida con estaño (Sn-Beta). Esta zeolita es importante para varias reacciones industriales tales como la oxidación de Baeyer-Villiger, la reacción de Meerwein-PondorfVerley-Oppenauer y la isomerización de monosacáridos. Una de las técnicas experimentales más útiles para caracterizar los sitios activos en esta zeolita es la RMN de 119Sn. Esta técnica sugiere varias señales de la zeolita en sus formas deshidratada e hidratada, lo cual indica que varios sitios activos con diferentes ambientes químicos 107 podrían estar presentes. En esta contribución se realizaron cálculos ab initio incluyendo efectos relativistas y de acoplamiento spin-órbita de las posibles estructuras activas y sus correspondientes señales RMN de 119Sn (Figura 1b). Los resultados de nuestros cálculos indican que varias especies químicas de Sn con diferentes ambientes químicos dan señales diferentes, las cuales correlacionan muy bien con los datos experimentales. Nuestros cálculos también indican que, dependiendo del método de preparación de la zeolita-beta, algunas especies se privilegian sobre otras, resultando en un rango relativamente amplio de señales RMN de 119Sn (±60 ppm). a b Figura 1. a) Especie activa para la polimerización de etileno; b) Celda unitaria resaltada de la zeolita-beta señalando los 9 sitios cristalográficos Tabla de contenido 108 Evaluación de electrocatalizadores basados en paladio para la oxidación de bioetanol en celdas de combustible Carolina Romero Gutiérreza, Carlos A. Cardona Alzateb, Álvaro Gómez Peñac,*. a,b,* Grupo De Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Nacional, Sede Manizales, Colombia. +57. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Las celdas de combustible son consideradas actualmente como una de las alternativas viables para la conversión de energía química en energía eléctrica limpia y con alta eficiencia energética. Sin embargo el uso directo de hidrógeno conlleva problemas y aumento de costos operativos debido a la seguridad y manejo de este gas, lo cual ha motivado el estudio de las celdas de combustible de baja temperatura con alimentación directa de bioetanol, el cual puede ser producido mediante la integración de procesos de biorefinería a bajo costo y con alta disponibilidad. Las celdas de alimentación directa de alcoholes especialmente de etanol presentan la ventaja de convertir la energía química en eléctrica sin productos intermedios y con una densidad energética mayor con respecto a metanol [1], además de trabajar con fuentes de energía limpia y renovable; sin embargo el desarrollo de ésta tecnología requiere de catalizadores más funcionales que faciliten el rompimiento del enlace C-C, la oxidación completa hasta CO 2 y mayor resistencia al envenenamiento por CO. Los materiales catalíticos más estudiados para la electro-oxidación de etanol en medio alcalino es el paladio debido a su mayor estabilidad y mejores desempeños en actividad electroquímica, aparte de menor costo con respecto al platino; sus combinaciones con estaño, hierro, níquel y rutenio, mejoran las características mencionadas anteriormente. En este trabajo se presentan los resultados de la síntesis de nanopartículas de Pd-Ru y Pd-Sn, soportadas en Carbon Vulcan XC-72, y su evaluación como electrodo para la electro-oxidación de bioethanol. Pd-Sn/C y Pd-Ru/C con 30w% de carga de metal se sintetizaron por reducción de polioles usando calentamiento por microondas, PdCl 2, SnCl2x2H2O y RuCl3 fueron usados como precursores metálicos y carbón Vulcan XC 72R como soporte, siguiendo la metodología descrita por Liu como en [2]. La electro-actividad catalítica fue estudiada mediante voltametría cíclica (CV) y cronoamperometría, en una celda electroquímica de tres electrodos a temperatura ambiente con soluciones de NaOH + etanol a cuatro concentraciones diferentes de etanol teniendo la concentración de NaOH como una constante. Un electrodo de carbón vítreo se utilizó como electrodo de trabajo; un alambre de platino y un electrodo de hidrogeno reversible se utilizaron como electrodos contador y de referencia, respectivamente. Los resultados mostraron una 109 mejora en el rendimiento de los electro-catalizadores cuando la concentración de etanol duplica la concentración de NaOH. Además, se determinó que el catalizador formado por Pd-Sn / C tiene una mejor estabilidad en medios alcalinos que Pd-Ru / C. Palabras clave: Electrocatalizadores, celda de combustible, etanol, electroquímica. Referencias [1]E. H. Yu, U. Krewer, and K. Scott, “Principles and Materials Aspects of Direct Alkaline Alcohol Fuel Cells,” Energies, vol. 3, no. 8, pp. 1499–1528, Aug. 2010. [2] Z. Liu, L. M. Gan, L. Hong, W. Chen, and J. Y. Lee, “Carbon-supported Pt nanoparticles as catalysts for proton exchange membrane fuel cells,” Journal of Power Sources, vol. 139, no. 1–2, pp. 73–78, Jan. 2005. Tabla de contenido 110 Evaluación de la actividad catalítica y selectividad de un óxido tipo perovskita (LaFeO3), en la reacción de oxidación del ciclohexeno. Jorge Cordero Cabralesa*, Mario Barrera Vargasb, Juan Oviedo Cuéterc. a Universidad de Córdoba, Montería, Colombia,230002. b Universidad de Córdoba, Montería, Colombia, 230002. c Universidad de Córdoba, Montería, Colombia, 230002. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen En este trabajo se hizo el seguimiento de la reacción de oxidación de ciclohexeno, utilizando diclorometano como solvente, Idosilbenceno como donor de oxígeno y un óxido tipo perovskita (ferrita de lantano) como catalizador, calcinado a 700 °C y 800 °C. La reacción se llevó a cabo a 25 °C y presión atmosférica. Los catalizadores sintetizados se caracterizaron, por difracción de rayos X, espectroscopia infrarroja y sortometría de N2. El seguimiento de la reacción, se realizó por cromatografía de gases (utilizando el método de estándar interno), durante 240 minutos a intervalo de 40 minutos; tomando alícuotas del sistema de reacción cada 40 minutos, para determinar los porcentajes de conversión y selectividad hacia cada uno de los productos de la reacción. Los difractograma obtenidos, en la figura 1, presentan una sola fase correspondiente a la ferrita de lantano, para un sistema cristalino ortorrómbico y los planos correspondientes para las seis señales más intensas de acuerdo con la fase LaFeO 3 y concuerdan perfectamente con los patrones de las muestras estudiadas, mostrando la formación de fase pura de ferrita de lantano (LaFeO 3). 111 Los resultados de la oxidación de ciclohexeno, utilizando como catalizadores óxido tipo perovskita calcinado a 700 °C y 800 °C, se presentan en la figura 2.La conversión de ciclohexeno varia significativamente en función de la temperatura de calcinación del catalizador, la perovskita calcinada a 800 °C presentó mayor actividad, con porcentajes de conversión de 63.35%, importante en comparación con el ensayo donde se empleó la perovskita calcinada a 700 °C, además, muestra selectividad hacia la formación de 2ciclohexen-1-ona y 2-ciclohexen-1-ol, y la poca formación de epoxiciclohexano, con porcentajes de selectividad de 51.58%, 42.38%, y 16.95%, respectivamente. La caracterización realizada a los catalizadores por difracción de rayos X, arrojó que estos se encuentran constituidos por fase pura tipo perovskita, además se determinó la existencia de una relación proporcional entre la cristalinidad y .la temperatura de calcinación de los óxidos, parámetro importante en la conversión y en la buena selectividad, que exhibió el catalizador calcinado a 800 °C hacia los productos de la oxidación alílica, bajo las condiciones que se realizó la reacción de oxidación. Palabras clave: perovskita; oxidación alílica; conversión; selectividad. Tabla de contenido 112 Evaluación de la actividad de TiO2/Fe3O4 en la decoloración de soluciones de azul de metileno mediante fotocatálisis a b,* Fiderman Machuca Martínez , Andrea Castro Sánchez . a,b Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Cali , Colombia. A. A. 25360. a Email: [email protected], *[email protected] Resumen En la presente investigación se estudió la actividad fotocatalítica del TiO 2/Fe3O4 preparado mediante un proceso de mezclado de los óxidos puros. Se evaluó la fotodegradación de soluciones acuosas de azul de metileno, como compuesto modelo usando catalizadores de TiO2/Fe3O4 en relaciones másicas 80/20, 50/50 y 20/80, respectivamente. Como montaje experimental se utilizaron reactores por lotes bajo un sistema SUNTEST con luz artificial simulando la irradiación solar. El seguimiento de la fotodecoloración de azul de metileno se realizó mediante la medición del color por espectrofotometría UV-VIS a 664 nm, se estableció 30 minutos en oscuridad para garantizar equilibrio de adsorción y desorción del sustrato sobre el catalizador y 2 horas de irradiación; las pruebas se realizaron al pH natural de las soluciones (7.3 y 7.5). Los resultados de las pruebas muestran que la tendencia de fotodegradación del catalizador de TiO2/Fe3O4 según la relación en peso es: 80/20, 50/50 y 20/80 (Tabla 1). Además se evaluó la cinética de reacción, en los primeros 30 min, con base en modelo de Langmuir-Hinshelwood, y se obtuvo la constante aparente de velocidad (k app, min-1) para los catalizadores TiO2/Fe3O4 (80/20, 50/50 y 20/80), Tabla 2. Los resultados muestran que el catalizador TiO2/Fe3O4 (80/20) presenta un mejor comportamiento en la etapa inicial del proceso. Tabla 1.Porcentajes de decoloración de las soluciones de azul de metileno AM. % Decoloración Catalizador AM, 30 ppm TiO2/Fe3O4 (80/20) 93.0 TiO2/Fe3O4 (50/50) 83.5 TiO2/Fe3O4 (20/80) 65.0 113 Figura 1. Cinética de decoloración de azul de metileno para catalizador TiO2/Fe3O4 TiO2/Fe3O4 (80/20) Concentración (ppm) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 Tiempo (min) Tabla 2. Constante aparente de velocidad de primer orden (kapp) en la decoloración de soluciones de azul de metileno Catalizador % Decoloración (30 min) kapp (min-1) TiO2 53.86 0.0270 TiO2/Fe3O4 (80/20) 63.34 0.0342 TiO2/Fe3O4 (50/50) 58.20 0.0324 TiO2/Fe3O4 (20/80) 34.26 0.0166 Fe3O4 2.61 0.0009 Palabras clave: Azul de Metileno; TiO 2/Fe3O4; Fotocatálisis; Langmuir-Hinshelwood Tabla de contenido 114 Evaluación de la actividad fotocatalítica de estructuras unidimensionales del multiferróico BiFeO3 en la degradación del colorante índigo carmín. Marcela Castroa, Juan García-Posadaa, R. Torresb, Carlos Ostosa* a Grupo CATALAD, Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52 – 21, Medellín, Colombia. b Grupo GIRAB, Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52 – 21, Medellín, Colombia. Email: [email protected] Resumen Los materiales multiferróicos son de gran interés dado que presentan un tipo de ordenamiento eléctrico y magnético de manera acoplada y simultánea, incluso por encima de temperatura ambiente. Estas propiedades físicas sugieren un amplio abanico de aplicaciones tecnológicas, ie. fabricación de dispositivos magnetoeléctricos, espintrónica, entre otros, y para nuestro caso de interés, estos materiales también presentan una elevada potencialidad en el campo de la fotocatálisis heterogénea. Este es el caso del multiferróico BiFeO3, un óxido semiconductor utilizado en la degradación de material orgánico bajo radiación UV-Vis (Egap 2,7 eV). Por ejemplo, se ha reportado recientemente el uso de nanopartículas (0D) de BiFeO 3 en la degradación de rojo congo y azul de metileno en fase acuosa diluida. Sin embargo, los reportes de la actividad fotocatalítica de este material en sistemas unidimensionales (1D) son aún incipientes y se requiere una mayor investigación. En este trabajo se fabricaron nanoestructuras unidimensionales (ie. nanovarillas y nanotubos) de BiFeO3 por medio de un método sol-gel, utilizando membranas de óxido de aluminio anodizado (AAO) como plantillas de autoensamblaje. El uso de estas plantillas permitió un control adecuado de la dimensionalidad del material, y favoreció las condiciones de síntesis dada su estabilidad a altas temperaturas y su compatibilidad con medios acuosos y orgánicos. El método sol-gel empleado consistió de la formación de un gel a partir de soluciones de Bi(NO3)3·5H2O y Fe(NO3)3·9H2O en 2-metoxietanol, para después sumergir las membranas de AAO con diámetro de poro de 200nm (Whatman Anodisc 13) en la solución precursora por 20 minutos, y calcinar finalmente en flujo aire a 700°C durante 30min. El proceso global permitió obtener la formación mayoritaria de nanotubos de BiFeO3 en el interior del arreglo poroso de la membrana. La microestructura de los nanotubos de BiFeO3 se evaluó mediante la técnica de difracción de rayos-X (XRD), y las microscopías electrónicas de barrido y transmisión (SEM y TEM). Las propiedades de 115 absorción y el cálculo del band gap óptico se realizó mediante la técnica de espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa. Finalmente, se evaluó la actividad fotocatalítica de los nanotubos de BiFeO 3 en la degradación del colorante índigo carmín en solución acuosa diluida bajo exposición de radiación UV-Vis. Para ello se prepararon soluciones acuosas del colorante con diferentes cantidades de catalizador (10, 20, 30 mg/L), las cuáles permanecieron en agitación magnética en la oscuridad por 10 minutos hasta alcanzar el equilibrio adsorción-desorción en el sistema, y se determinó la degradación del colorante a diferentes intervalos de tiempo con base en su zona de absorción (λ=611nm) usando un espectrofotómetro UV-Visible. Los resultados obtenidos demostraron una eficiente actividad fotocatalítica de estas nanoestructuras para la degradación de colorantes orgánicos, con potencial aplicación en el tratamiento de aguas residuales de la industria textil de Medellín. Los datos obtenidos se analizaron de manera comparativa con otros sistemas 0D reportados en la literatura, en términos de su actividad y su relación con el área superficial del material. Este trabajo fue financiado parcialmente por los proyectos CODI-UdeA (2014-889) y Sostenibilidad-UdeA 2013, y el proyecto COLCIENCIAS #111565843400. Palabras clave: fotocatálisis; multiferróico semiconductor; nanoestructuras unidimensionales; membranas de óxido de aluminio anodizado. Tabla de contenido 116 Evaluación de la actividad fotocatalítica de las perovskitas tipo PLZT y PBZT sintetizadas por la ruta Pechini. Jhon Burbano*a, Ximena Delgadob, Jenny Merac. a Grupo de Investigación en Materiales Cerámicos y Vítreos, Universidad de Nariño, Pasto, Colombia, Código postal: 520001. b Grupo de Investigación en Materiales Funcionales y Catálisis GIMFC, Universidad de Nariño, Pasto, Colombia, Código postal:520001. c Grupo de Investigación en Materiales Cerámicos y Vítreos, Universidad de Nariño, Pasto, Colombia, Código postal: 520001. Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen En este trabajo se sintetizaron los sistemas Pb 1-xLaxZr0,40Ti0,60O3 y Pb1-xBa xZr0,40Ti0,60O3, se analizaron las características estructurales y las correlaciones con sus propiedades químicas y físicas partiendo desde el método de obtención. Las muestras cerámicas fueron sintetizadas por la ruta de precursores poliméricos Pechini, para los sistemas de x = 0,0; 0,5 y 1,0. Con relación a la estructura, medidas de difracción de rayos x mostraron una disminución en el grado de tetragonalidad con un aumento de las concentraciones de cationes sustituyentes, que fue atribuido a la formación de vacancias en los sitios A (caso de La) y la diferencia entre los radios iónicos (caso de Ba) generando un cambio a simetría cubica. Los resultados obtenidos por la técnica de espectroscopia Raman, indican también tipos característicos de los modos vibracionales de los distintos óxidos dependiendo de su estructura local. Las muestras cerámicas fueron analizadas también por microscopia electrónica de barrido (MEB) con el fin de estudiar su influencia morfológica, encontrando partículas compactas y estrechas con un alto grado de distribución; la composición estequiométrica obtenida por EDS, mostró que en cada uno de los compuestos obtenidos, solo se encontraron los elementos que componen las perovskitas, con valores próximos a las relaciones molares de la estructura esperada. Alteraciones estructurales en función de la composición fueron también responsables de en la variación de la brecha energética, resultados obtenidos por el análisis mediante la técnica de reflectancia difusa. Finalmente, teniendo en cuenta, que dentro de los procesos de descontaminación y remediación de aguas contaminadas, se destaca la fotocatálisis heterogénea, este estudio se desarrolló en el presente trabajo para degradar azul de metileno diluido a 10 ppm y pH 9 al utilizar óxidos tipo perovskita Pb 1-xRxZr0,40Ti0,60O3 (R=La, Ba), se planteó la degradación con el uso de dichas perovskitas como fotocatalizador sometidas a 117 irradiación UV , a un tiempo de reacción de 3 horas, determinando un porcentaje de degradación máximo de 71,67 % correspondiente a la muestra Ba1,0Zr0,40Ti0,60O3. Palabras clave: Perovskitas; Pechini; fotocatálisis; azul de metileno. Tabla de contenido 118 Evaluación de la remediación de aguas residuales con clorofenol a partir de un tratamiento fotocatalítico - biológico. Lady Stephanie López Ibarraa* Cesar Augusto Quiñones Segurab. a,b Fundación Universidad de América, Bogotá, Colombia, Código postal: 111011. Email: [email protected] Resumen En la actualidad, un ambiente libre de contaminantes es un requerimiento vital para el balance natural y más allá de esto, una necesidad apremiante para los seres vivos en general. Estudios preliminares han evaluado el uso de tecnologías combinadas para el tratamiento de aguas con alto contenido de compuestos orgánicos no biodegradables provenientes de distintas industrias químicas. El aumento gradual de los desechos químicos peligrosos ha despertado preocupación, lo que ha resultado en contaminación ambiental severa. En particular, contaminantes orgánicos clorados como lo son los pesticidas, estos pueden ser encontrados tanto en el aire como en el agua, pues suponen un problema persistente debido a su alta solubilidad en el agua, baja absorción en los suelos, toxicidad y estabilidad química. Recientemente, se ha otorgado primordial interés a los estudios que emplean las tecnologías avanzadas de oxidación como lo es la fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio (TiO2) acopladas a tratamientos de degradación biológica, siendo la fotocatálisis heterogénea empleada como pre-tratamiento debido a que puede convertir las especies iónicas en su forma sólida metálica y depositarlas sobre la superficie del semiconductor, o bien transformar compuestos orgánicos en otras especies solubles menos contaminantes. En adición, los tratamientos biológicos son reconocidos pioneros en la biodegradación de aguas residuales, siendo éstos los más compatibles ambientalmente. Estudios preliminares han demostrado la evaluación tanto del proceso fotocatalítico como del tratamiento biológico en solitario para la disminución de compuestos clorados, no obstante, se observó bajo rendimiento y altos tiempos de degradación. En base a lo anteriormente mencionado, el fundamento de este proyecto es la unión de un fotorreactor con un biorreactor para la remediación de aguas residuales que contienen clorofenol, con el fin de evaluar el desempeño del tratamiento integrado para así disminuir la concentración de este compuesto en el agua. Con el fin de obtener resultados satisfactorios, este estudio comprende las siguientes etapas: La primera etapa comprende toda la revisión bibliográfica pertinente al tema, a su vez, también se establece el método de disposición del fotocatalizador en el fotorreactor. A partir del método de fijación – disposición y clase de TiO2 a emplear en el fotorreactor, se procede a construir el fotorreactor, lo cual contempla: Determinar el material, sus 119 dimensiones y otros elementos que sean necesarios según condiciones previamente establecidas (agitación, chaquetas de enfriamiento, circulación de agua, entre otros). Una vez construido el fotorreactor, se procede a construir el biorreactor complementario que emplea lodos activados como inóculo para el sistema acoplado y finalmente se procede a realizar la puesta en marcha. En cuanto a los resultados obtenidos, puede destacarse el estudio del periodo de aclimatación de los lodos activados, la realización de la técnica de cuantificación de fenoles por método espectrofotométrico directo y finalmente la evaluación del fotocatalizador en suspensión. En concordancia con lo mencionado anteriormente, se espera la disminución significativa de clorofenol en aguas residuales, para cuantificar dichas concentraciones se emplearán pruebas propuestas por diversas entidades, tales como la demanda química de oxígeno, carbono orgánico total, entre otras. Palabras clave: Fotocatálisis; Biodegradación; Clorofenol; Dióxido de titanio (TiO 2); Lodos activados. Tabla de contenido 120 Evaluación de la selectividad de un catalizador de oro soportado sobre alúmina en la reacción de oxidación del ciclohexeno. Roger Gómeza*, Mario Barrerab, Cecilia Caballeroc, Juan Oviedod a,b,c,d Universidad de Córdoba, Córdoba, Colombia A.A. N° 354 Email: a*[email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen Se estudió la reacción de oxidación de ciclohexeno en fase liquida para la obtención de (epoxiciclohexano, 2-ciclohexen-1-ona, 2-ciclohexen-1-ol) con un catalizador de oro soportado sobre alúmina (Au/–Al2O3). El catalizador este se preparó por el método de precipitación–deposición a partir de disoluciones acuosas de ácido tetracloroaurico (HAuCl4), ácido cítrico (2% m/v) y alcohol polivinílico, Para el soporte se partió de boehmita, esta se calcinó a 773 K. La cantidad de metal se determinó mediante absorción atómica, el sistema soportado se calcinó a 573 K en atmósfera de aire. El área superficial y la distribución de tamaños de poro del catalizador se obtuvieron a partir de isotermas de adsorción–desorción de nitrógeno a 77 K los resultados muestran un contenido de oro en el soporte de 0,010%; área superficial (S BET) de 230 m2g–1 y tamaños promedio de poros (dprom) 50 Å. Para estudios microestructurales se realizaron micrografías TEM del para sistema Au/–Al2O3 donde se pueden observar pocas partículas de oro de formas esféricas y alargadas con tamaños que están en el intervalo de 3 a 30 nm. Como catalizadores de comparación para evaluación de la actividad y selectividad del sistema (Au/–Al2O3) se utilizaron óxidos tipo perovskita Co(0.0) y Co(0.7), que son catalizadores de LaCoO3 sin sustitución preparados a temperatura ambiente y calcinado a 700 °C respectivamente. El sistema de reacción estuvo formado por tubo de ensayo al que se adicionaron 360 µL de ciclohexeno 0,35 M, 140 µL de Hexano 0,1 M (estándar interno); 0,2 g de yodosilbenceno (phIO) como agente oxidante; 50mg de catalizador; 7,5 ml de diclorometano como solvente. Se sometió agitación constante a temperatura de 25 y presión de 759 mm Hg. El seguimiento de la reacción se realizó por cromatografía de gas. La evaluación catalítica muestra resultados relevantes de selectividad y conversión para el sistema Au/–Al2O3 respecto a los óxidos tipo perovskita, presentando los mayores niveles de conversión de 70.4 % principalmente hacia los productos de 2-ciclohexen-1-ona, 2ciclohexen-1-ol y epoxiciclohexano, y porcentajes de selectividad de 31,7; 25,8 y 13,3 respectivamente; Este comportamiento se atribuye principalmente a la presencia de especies de oro en el soporte de alúmina y a su eficiente interactividad que tiene esté en sus sitios activos; así como el grado de dispersión del mismo. Otra causa de este 121 comportamiento es debido también al pequeño tamaño de partícula del sólido; ya que por estudios realizados se ha comprobado que esté presenta mayor desarrollo de reacción al presentar esta característica. Otro aspecto a resaltar de estos resultados es debido a la acidez intermedia del soporte, así como su moderada interacción de esté con el metal. Palabras clave: Ciclohexeno; γ-Alúmina; perovskita. Tabla de contenido 122 Evaluación de la temperatura en la películaTiO2/CuO/Ag y su efecto antimicrobiano sobre Escherichia coli en luz visible Andrés Rodolfo León Gonzáleza*, Cesar Augusto Quiñonesb, Adriana Inés Páez Moralesc. a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Actualmente la falta de plantas de tratamiento de agua potable para atender la creciente demanda de la población colombiana ha sido un reto para la mayoría de las administraciones municipales, debido a la falta de interés por preservar este recurso natural no renovable. A esto se suma la ausencia de legislaciones más rigurosas por parte de la institucionalidad para controlar el desecho de las aguas contaminadas provenientes de las diferentes industrias, (química, petrolera, agroindustria, etc.) y evitar que estos desechos lleguen a los cuerpos de agua. En la presente investigación se estudió el desarrollo de diferentes materiales de fácil acceso que reaccionen con luz visible y degraden contaminantes presentes en el agua, estudios preliminares han resaltado el potencial y la actividad del dióxido de titanio ante la degradación y eliminación de material orgánico presente en aguas residuales, además Se han implementado los procesos de oxidación avanzada como alternativa tecnológicamente viable y novedosa para el tratamiento de aguas. Estos métodos ofrecen la ventaja de la destrucción de los contaminantes, en contraste con las técnicas convencionales, tales como el carbono activado. De esta manera, los compuestos orgánicos e inorgánicos, incluso microorganismos, se degradan transformándose en sustancias menos nocivas. La característica común de todos los procesos de oxidación avanzada es la generación de radicales libres muy reactivos, principalmente radicales hidroxilo. Se han realizado múltiples investigaciones cuya finalidad es conocer la proporción adecuada de la mezcla TiO2/CuO y así obtener un material de auto limpieza, es decir que al estar presentes sobre la superficie reaccionen con la luz visible y no se pueda alojar ningún microorganismo, además se garantice que no pueda crecer ni formar colonias. Se realizaron pruebas para la inactivación de E. coli mediante un fotocatalizador de TiO2/CuO/Ag soportado en vidrio, este catalizador fue preparado mediante impregnación húmeda, en esta técnica de deposición, una capa de un compuesto en suspensión es transferida a un substrato por medio de un proceso difusivo, la cual consiste en 4 pasos: 1. Deposición: se coloca el sustrato en exceso que se quiere adherir en el vidrio. 2. Spin Up: se aplica una velocidad al sustrato para dar uniformidad y formar la película delgada 3. Spin Off: la velocidad elimina el exceso de sustrato y reduce espesor de la capa depositada 123 sobre la película. 4. Evaporación: Se evapora las sustancias volátiles de la película la evaluación de la actividad fotocatalítica de este material se realizó mediante la degradación de una solución de azul de metileno. En la degradación de azul de metileno, se realizaran degradaciones partiendo de una concentración inicial de 7 ppm sobre películas dióxido de titanio, oxido de cobre y plata a diferentes temperaturas de calcinación, se espera que en la fotodegradación el catalizador obtenido de la mezcla TiO2/CuO/Ag, reduzca en la menor cantidad de tiempo la concentración inicial de azul de metileno y finalmente se partirá de una concentración conocida de unidades formadoras de colonia de E. coli, usando estándares de turbidez de McFarland, posteriormente se realiza la fotorreacción que consiste en poner en contacto las películas obtenidas, con la bacteria E. coli y registrar el tiempo que transcurre para la reducción de esta bacteria. El catalizador obtenido de dióxido de titanio (TiO 2), oxido de cobre (CuO) y plata (Ag) fue caracterizado morfológicamente mediante el análisis Microscopio electrónico de barrido, y estructuralmente por el detector de rayos X de dispersión de energías. Palabras claves: Dióxido de titanio, Fotocatalizador, Escherichia coli Tabla de contenido 124 Evaluación del efecto de la temperatura en la cinética de degradación fotocatalítica heterogénea de azul de metileno Marena Molano y Miguel Angel Mueses*. Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia, A.A. 1382 Postal 195. Email: *[email protected] Resumen Los mecanismos de reacción de sistemas de fotocatálisis heterogénea no incluyen efectos de la temperatura en los parámetros cinéticos. La temperatura de operación de fotorreactores es considerada constante en todas las aplicaciones con lámparas UV, dado que la potencia de las lámparas no generan calentamiento apreciable que implique las consideraciones del balance de energía térmica. Sin embargo, a escala solar la potencia energética del espectro genera cambios significativos en la temperatura del fluido de reacción, por tanto se requiere de una evaluación exhaustiva de este parámetro en la cinética de reacciones fotocatalíticas usando radiación solar. En este trabajo se presentan los resultados previos asociados al calentamiento del agua de proceso y su perfil térmico durante la reacción de degradación fotocatalítica heterogénea del azul de metileno, un compuesto patrón usado convencionalmente en ingiería de fotoreactores y en fotoquímica. Para conocer el comportamiento de la temperatura, se circuló agua en un reactor solar tipo colector parabólico compuesto (CPC), así mismo, una solución compuesta por de dióxido de titanio (Degussa P-25) y azul de metileno con pH inicial a 6. En los resultados consignados en la Figura N°1., claramente se nota el comportamiento exponencial de la temperatura y su relación con la concentración de contaminante y catalizador, lo anterior permite establecer una relación de la intensidad de la luz con la velocidad de reacción a través de la temperatura. Los incrementos de temperatura debidos al sol y a la energía que agrega el sistema favorecen la eficiencia del proceso, debido al descenso de la energía libre de Gibbs cuando la temperatura aumenta. Así, el aumento de la velocidad de reacción se debe a un aumento de la energía térmica disponible, esto permitirá el uso de un fotón del espectro solar previamente no utilizado en los dispositivos de conversión de energía y más producción de radicales hidroxilo a elevadas temperaturas. 125 Temperatura (°C) 50 45 40 35 30 25 20 0 50 100 150 200 250 300 Tiempo (min.) Sistema 1 Sistema 2 Ccat=1 g/L, Ci,o=0.03 g/L Figura 1. Datos experimentales del cambio de temperatura en un CPC a escala piloto solar. Palabras clave: Fotocatálisis Heterogénea, Azul de Metileno, Reactor CPC, Cinética fotocatalítica Tabla de contenido 126 Evaluación del efecto de la temperatura en la descomposición del 2-propanol catalizada con LaFeO3 Cecilia Caballeroa, Juan Oviedoa, Mario Barreraa. a Universidad de Córdoba, Carrera 6a# 76-103 Montería, Colombia. Email: [email protected] Resumen Los óxidos tipo perovskita son de importante interés industrial por su gran actividad y selectividad. En este trabajo se propuso evaluar la actividad catalítica del óxido de hierro LaFeO3, en la reacción de descomposición del 2-propanol a 40, 50, 60 y 70°C como temperaturas de reacción, cuyos productos son importantes a nivel industrial. La producción de propeno indica un medio ácido, mientras que la producción de acetona indica un medio básico. La evaluación de la actividad catalítica de las muestras se realizó en un sistema cerrado, manteniendo las temperaturas de reacción constantes durante 180 minutos y monitoreando la reacción cada 5 min durante la primera hora, luego la segunda hora cada 15 min y por último cada 30 min. Las mezclas extraídas fueron analizadas utilizando la técnica de espectroscopia ultravioleta visible . El resultado preliminar de esta investigación fue la conversión del isopropanol a acetona a una temperatura de reacción de 70°C en un porcentaje menor a 10%. Palabras claves: perovskita, actividad catalítica, 2-propanol. Tabla de contenido 127 Evaluación del funcionamiento de fibra textil modificada con TiO2/AC para la remoción de fenol en medio acuoso. a b c Andrea del Pilar Villa Jamaica *, Cesar Quiñones Segura , Andrés Felipe Loaiza * a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected] , [email protected] Resumen En esta investigación se estudia el proceso de degradación de fenol en medio acuoso por fotocatálisis heterogénea como un Proceso Avanzado de Oxidación (AOP), el cual promete ser una estrategia viable para la mineralización de compuestos orgánicos tóxicos bajo radiación UV. Para ello se plantea una hipótesis donde se cuestiona si una mezcla de Dióxido de Titanio (TiO2) y carbón Activado (AC) al soportarse en fibras textiles, logra degradar una concentración de fenol existente en el agua y si es posible cuantificar dicha degradación por un método colorimétrico. Para responder esta hipótesis inicialmente se utilizan tres fibras textiles lino, nylon y seda y se impregna TiO 2 y AC por el método agente ligante, luego se realiza una figura de mérito la cual tiene en cuenta propiedades como adherencia, uniformidad, espesor y actividad fotocatalítica donde se concluye que la fibra textil que mejor se comporta es lino, además se caracteriza por Microscopía electrónica de Barrido (SEM) y se muestra que en la fibra textil se presenta la existencia tanto de TiO 2 como de Carbón activado, esto demuestra que una fibra textil es un excelente material de soporte el cual podría reemplazar fácilmente superficies como vidrio y materiales plásticos. Al tener la mezcla TiO2/AC soportada se realiza degradación del contaminante, para lograr esto se adecua la fibra textil modificada a un sistema de remoción sencillo donde se utiliza un recipiente de material PET, un arreglo de LED´s en la región visible del espectro electromagnético y un sistema de agitación, esto con el fin de utilizar materiales reciclables y reemplazar la radiación UV debido a que esta presenta grandes peligros para el ser humano. Se utiliza una solución de 20ppm de fenol y cada 10 minutos se toman datos de degradación por espectrofotometría. En la degradación de fenol se estudia la concentración final de este en la solución a través del método azul de prusia, donde reacciones generadas por sustancias como Ferrocianuro de Potasio y Cloruro de Hierro indican la presencia de fenol en solución acuosa generando una coloración donde el producto final es azul de prusia, teniendo en cuenta que es un método colorimétrico, la intensidad de la coloración identifica la concentración de fenol existente en cada solución, al conocer esto se realizan degradaciones y se muestran medidas de absorbancia que indican que la concentración de fenol disminuye de 20ppm a 6ppm en 50 minutos, lo que indica que la modificación de una fibra textil con TiO2/AC es un sistema excelente ya que además de utilizar un catalizador que es económico, de fácil acceso y con gran actividad fotocatalítica, utiliza un 128 material adsorbente lo cual permite que se genere un mayor contacto del catalizador con el contaminante y por lo tanto, presenta una gran aplicación en la degradación de fenol en medio acuoso, además se evidencia que el equipo de remoción utilizado a pesar de que es ecológico funciona correctamente y que la radiación visible utilizada no altera el funcionamiento del catalizador. Por último cabe mencionar que esta investigación se realiza con el fin de buscar sistemas ecológicos de degradación que sean igual o mejores que los convencionales, además de reducir notablemente los contaminantes que afectan de manera significativa la calidad del agua y por lo tanto la calidad de vida del ser humano. Palabras Clave: Agente ligante; Fenol; TiO 2; Fibra textil; Sistema de remoción; Carbón Activado. Tabla de contenido 129 Evaluación del método de fijación de TiO2 en polímero (PET) para aplicación en un fotorreactor. a b c Diana Carolina Barrera Toca *, Cristian Andrés Monroy Leyton *, Cesar Quiñones Segura . a,b,c Grupo de Materiales Fotoactivos, Fundación universidad de América , Bogotá, Colombia. Email: [email protected], [email protected] Resumen En el proceso de fotocatálisis heterogénea, el dióxido de titanio (TiO2) es el más usado porque posee una excelente actividad fotocatalitica que permite la degradación de contaminantes tanto en afluentes líquidos como gaseosos, también presenta ventajas con respecto a otros catalizadores porque es una especie inocua, no toxica, estable tanto química como físicamente, además cuenta con amplia disponibilidad y es posible encontrarlo a un costo moderado, dichas características lo hacen bastante útil y efectivo para realizar procesos de fotodegradación. Cuando el dióxido de titanio (TiO 2) se usa en suspensión se presenta un gran inconveniente que es la fase de separación del mismo después de que se ha efectuado la degradación, por ello nace la necesidad de implementar etapas de filtración para realizar la recuperación del semiconductor. Para solucionar este inconveniente el fotocatalizador debe ser inmovilizado en un soporte, de tal manera que se eviten fases de posttratamiento. Generalmente, el dióxido de titanio (TiO 2) es soportado sobre placas de vidrio y aluminio, que permiten inmovilizar el fotocatalizador en forma de películas delgadas, y aunque se eliminan problemas que se presentan cuando el dióxido de titanio (TiO 2) está en suspensión, estos soportes no son realmente efectivos, debido a su alto costo en el caso del aluminio y la fragilidad en el caso del vidrio. Es por eso, que este proyecto de investigación busca depositar películas de TiO 2 en poli (etileno tereftalato) (PET), como una alternativa viable para reemplazar los soportes convencionales. El PET ha sido seleccionado debido a que es un polímero poco utilizado para el soporte de películas, además se constituye como uno de los sustratos que se puede encontrar comúnmente en la industria y que busca reemplazar materiales tradicionales como metales, fibras, vidrios y cerámicos, por sus propiedades tales como menos peso, facilidad de producción, excelente resistencia mecánica y química, amortiguación y alta resistencia al desgaste; todo esto permite que sea una buena opción para la elección de un material para depositar TiO2. El objetivo principal de este proyecto es evaluar un método de fijación de TiO2 sobre polímero PET para la aplicación en un fotorreactor, que se desarrollará mediante cuatro fases que corresponden a cada uno de los objetivos específicos. En la primera fase se determinarán los parámetros más importantes para la fijación de la película, encontrando mediante una exhaustiva revisión bibliográfica el método que permite 130 llevar a cabo el proceso de deposición del semiconductor en el polímero. Posteriormente en la segunda fase se sintetizará la película, teniendo en cuenta que es necesario realizar pruebas de adherencia y resistencia que confirmarán si las películas realizadas son aptas para hacer degradaciones. En la fase tres se caracterizarán las películas mediante microscopia electrónica de barrido y difracción con rayos X, finalmente en la fase cuatro se harán pruebas de actividad fotacatalítica haciendo degradaciones del colorante azul de metileno. En cuanto a los avances que se pueden destacar en este proyecto que se encuentra en curso, se puede resaltar que teniendo en cuenta que en el mercado existen diferentes tipos de TiO2, el escogido para realizar las películas es Degussa P-25 porque este presenta por un 80% de estructura cristalina en forma de anatasa que generalmente exhibe el mejor comportamiento fotocatalítico y 20% como rutilo que es la fase más estable de TiO2; sin embargo su energía de banda gap Eg (3,1 eV) limita su uso sólo a las radiaciones ultravioleta por lo cual se utilizarán leds ultravioleta de alta potencia para activación del semiconductor. El PET tiene la desventaja que puede degradarse en presencia de radiación UV, en el caso de que se presente un daño en el sustrato durante la exposición a esta radiación, se optará por depositar una capa protectora de óxido de silicio (SiO2) o acoplar el TiO2 con otro semiconductor para utilizar el polímero bajo degradaciones en espectro visible. Por último, para comprobar la actividad fotocatalitica de las películas se ha elegido azul de metileno porque posee una estructura química compleja que nos garantiza que si realiza la degradación de este colorante estas películas podrían degradar otro tipo de contaminantes. Palabras clave: Fotocatálisis; Poli (etileno tereftalato) (PET); Dioxido de Titanio (TiO2); radiación UV, Soportar. Tabla de contenido 131 Evaluación del tipo de scattering en la descripción del campo radiante de reactores fotocatalíticos heterogéneos usando simulación Monte Carlo Raúl Acosta Herazoa, Jesús Monterroza Romerob y Miguel Ángel Muesesc*. Grupo de Investigación en Modelado y Aplicaciones de Procesos Avanzados de Oxidación, MAOTs, Programa de Ingeniería Química, Universidad De Cartagena, Cartagena, Colombia A.A. 1382-Postal 195. a b c* Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El conocimiento de la distribución espacial de la energía radiante absorbida por el fotorreactor (campo radiante), es necesario para la descripción de la cinética fotocatalítica y el comportamiento óptico del sistema, aspectos críticos en el diseño y escalado. En consecuencia, la estimación de la velocidad volumétrica de absorción de fotones ó LVRPA, variable empleada para evaluar el campo radiante, requiere de una apropiada caracterización de la absorción-scattering de radiación por las partículas en suspensión. Si bien, no hay consenso sobre cuál es el tipo de scattering de los fotocatalizadores de uso extendido en el área, el efecto sobre el modelado y optimización del fotorreactor es relevante en el cálculo de la LVRPA y por tanto requiere de un tratamiento especial en este tipo de modelos. La presente investigación propone un análisis de la influencia del tipo de scattering sobre las magnitudes y parámetros típicamente empleados en el diseño y optimización de los fotorreactores. Para ello, se realizaron estimaciones de la LVRPA en un fotorreactor de geometría plana implementando simulación Monte Carlo y la función de fase HenyeyGreenstein para la cuantificación del scattering, ya que ésta permite representar el modo de scattering como función de un factor de asimetría “g” cuyos valores varían desde -1 a 1, donde el primero indica scattering completamente “hacia atrás” y el segundo completamente “hacia adelante”. Las simulaciones se llevaron a cabo estableciendo magnitudes normalizadas, de tal manera que los resultados obtenidos sean independientes de las dimensiones y condiciones de operación del reactor y su comportamiento óptico sólo sea caracterizado por tres parámetros: espesor óptico, factor de asimetría y albedo de scattering. Se consideró además, el efecto de estos parámetros sobre la “radiación total absorbida por el reactor” (TRPA) normalizada, definida como la integral sobre el volumen del reactor de la LVRPA normalizada con respecto a la radiación total absorción por el volumen del reactor hipotetica (LVRPA/(I0/L)). La Figura 1 muestra los resultados obtenidos para un albedo de scattering de 0.9 (valor cercano al reportado para el TiO2-P25). 132 Figura 1 : a) Efecto del espesor óptico sobre la TRPA normalizada con respecto a variaciones en el factor de asimetría. b) Efecto del factor de asimetría sobre la TRPA normalizada con respecto a variaciones en el espesor óptico. Los resultados obtenidos muestran que el modo de scattering es determinante en la evaluación de la absorción de radiación por el reactor, ésta última se favorece por scattering predominantemente “hacia adelante”, el espesor óptico que optimiza la absorción de radiación depende del modo de scattering, es posible encontrar una valor del coeficiente de asimetría que optimiza la absorción de radiación para un espesor óptico dado. Palabras clave: Campo Radiante, Scattering, Espesor Óptico, TRPA, función de fase Henyey-Greenstein. Tabla de contenido 133 Fotocatálisis para el tratamiento de agua residual microbiológica usando TiO2 sensibilizado con un colorante natural y luz visible Juan Ramíreza, Adriana Suanb, Aura M. Pedrozac, Carlos E. Dazad*. a,b Grupo de Fitoquímica, Departamento de Química, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. c Grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial, Departamento de Microbiología, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. d Estado Sólido y Catálisis Ambiental, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Carrera 30 No. 45-03, Bogotá, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected], c d [email protected], *[email protected] Resumen Se empleó la fotocatálisis con TiO 2 en suspensión bajo luz visible para el tratamiento de una muestra de agua real proveniente de prácticas microbiológicas, contaminada con colorantes, compuestos orgánicos y microorganismos patógenos. Se utilizó un colorante natural extraído de Picramnia sellowii como agente sensibilizante del TiO 2 con el objetivo de disminuir el valor de la brecha de energía del semiconductor. Se estudió el efecto que tiene la cantidad de colorante (expresada en %p/p) sobre la actividad fotocatalítica del TiO2 en suspensión. La sensibilización del TiO2 en polvo se llevó a cabo por impregnación húmeda en spin-coating con tres concentraciones: 1,5 %, 3 % y 30 % m/m. Los catalizadores fueron evaluados en un reactor tipo Batch bajo condiciones controladas de temperatura, pH y alimentación de oxígeno. Se determinó la disminución en los porcentajes de color y carbono orgánico total (COT) así como la inactivación de heterótrofos totales. Se obtuvieron los mejores porcentajes de abatimiento de color (82 %) y remoción de COT (68 %) con el catalizador con 1,5 %p/p de colorante. Estas evidencias indicaron que la concentración de colorante natural en el TiO 2 tiene influencia significativa en los tratamientos, dándose un mejor resultado cuando la concentración del sensibilizante es baja. Por su parte, se encontró que la mayor inactivación de la población microbiana (10 %) en el cuerpo de agua se logró con el catalizador al 30% p/p de colorante, lo cual puede deberse a la lixiviación del colorante y a su efecto bactericida. Los resultados encontrados señalaron que el catalizador sensibilizado con el colorante natural es promisorio para el tratamiento de aguas residuales en términos de color y COT bajo luz visible, y de bajo rendimiento en la inactivación de microorganismos. Palabras clave: Fotocatálisis; catálisis ambiental. dióxido de titanio; sensibilización; agua residual; 134 Tabla de contenido 135 Fotodegradación catalítica de ácidos carboxílicos de cadena corta sobre UV/TiO2: correlaciones QSPR estructura-parámetros cinéticos. Yuli M. Henao-Hoyosa, Daniel Barragána,*. a Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia. Email: [email protected], [email protected] Resumen La descarboxilación foto-activada de ácidos carboxílicos sobre TiO 2 es objeto de una extensa investigación, ya sea por el interés en la remediación de sitios contaminados o por el interés científico en comprender el acople entre los diferentes procesos involucrados durante la degradación. La foto-activación del catalizador se explica mediante la formación del par electrón-hueco, mientras que la descarboxilación de la molécula del ácido se explica mediante un acople entre el proceso foto-físico y una secuencia de rutas paralelas de reacciones de oxidación-reducción. Al proceso acoplado se le conoce como mecanismo foto-Kolbe. Si bien hay un importante número de publicaciones dirigidas a aportar a la comprensión del mecanismo de foto-degración de moléculas orgánicas de diferente naturaleza, aún faltan muchos aspectos cinéticos, termodinámicos, en general fisicoquímicos por elucidar. En este trabajo mostramos los resultados obtenidos en el estudio de la descarboxilación de ácidos carboxílicos de cadena corta asistida por UV/TiO 2, hasta cuatro átomos de carbono. Experimentalmente se estudió la cinética de foto-degradación ajustando los datos experimentales a un modelo tipo Langmuir-Hinshelwood. Teóricamente, basados en los modelos grafos moleculares, se calcularon diferentes índices topológicos (descriptores constitucionales (Se), índices de conectividad Chi (0χp, 0χvp), Índices kappa ( 1κ), índice de estado-E (TIE), índice de Wiener (W), índices de estado electrotopológico (SsOH, SHsOH)) para cada una de las moléculas, dando cuenta de la conectividad entre átomos en la estructura molecular, la distribución de densidad carga, forma, aspectos electrónicos y topológicos. Finalmente se propuso un modelo de correlación multi-lineal con carácter predictivo entre los índices grafo-teóricos y los parámetros cinéticos de foto-degradación. Este modelo muestra que existe una clara correlación entre parámetros estructurales de las moléculas orgánicas y el proceso cinético de foto-degradación. Palabras clave: fotocatálisis; dióxido de titanio; ácidos carboxílicos; correlaciones estructura-propiedad Tabla de contenido 136 Hidrocraqueo de gasóleo de vacío con catalizadores basados en zeolita beta Cecilia Manriquea*, Adriana Echavarríaa, Alexander Guzmánb. a Grupo Catalizadores y Adsorbentes/Instituto de Química, Universidad de Antioquia, Calle 67 No. 53-108, Medellín, Colombia. b Ecopetrol S.A. Instituto Colombiano del Petróleo ICP. Piedecuesta Santander, Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El hidrocraqueo de gasóleos de vacio, es un proceso alternativo utilizado en refinerías para la producción de destilados medios con bajo contenido de azufre y mayor conversión de hidrocarburos de alto peso molecular. Este proceso presenta una notable ventaja respecto al proceso de craqueo catalítico fluidizado, ya que la presencia de hidrógeno elimina contaminantes como azufre y nitrógeno, mediante la formación de sulfuro de hidrógeno y amoniaco. La zeolita Beta es considerada como un material potencialmente útil en hidrocraqueo de gasóleos de vacío debido a sus propiedades catalíticas y alta estabilidad térmica. Sin embargo su baja selectividad a destilados medios y su alta selectividad a gasolina, limita su aplicación comercial debido principalmente a las restricciones de tamaño de poro y propiedades ácidas. Para resolver este problema, las investigaciones en este campo se han enfocado en desarrollar catalizadores basados en esta zeolita con mayor estabilidad, conversión y selectividad que permitan generar altos rendimientos a destilados medios. Los cationes Na + y K+ en la síntesis de la zeolita beta no solo actúan como iones compensadores de carga, sino que también influyen en la velocidad de cristalización y en su tamaño de cristal. Por otro lado, la ausencia de estos metales en el gel de síntesis permite obtener una zeolita que se caracteriza por su pequeño tamaño de cristal, su capacidad de formar suspensiones coloidales estables y porque su calcinación permite obtener la forma acida sin recurrir a procesos de intercambio catiónico. Pese a que gran parte de la información disponible acerca de la reacción de hidrocraqueo proviene de investigaciones con moléculas modelo, en los últimos años ha aumentado el interés en estudiar el comportamiento de catalizadores en hidrocraqueo utilizando cargas pesadas como gasóleos de vacío, con el propósito determinar la contribución del catalizador a la obtención de productos interés comercial. En el presente trabajo se reporta la síntesis de la zeolita beta con y sin la presencia de metales alcalinos, y se determina su influencia en la actividad de catalizadores para hidrocraqueo de gasóleo de vacío. Los materiales obtenidos se caracterizaron por diferentes técnicas analíticas como difracción de rayos X, análisis termogravimétrico y diferencial, análisis químico, área BET, desorción de amoniaco a temperatura programada y reducción a temperatura programada. Los tests catalíticos se llevaron a cabo por 110 137 horas en una unidad de pruebas catalíticas del Instituto Colombiano del Petróleo (Planta Piloto U-860), en un sistema de reacción de lecho fijo, isotérmico y de flujo continuo, utilizando gasóleo de vacío como alimentación. Las condiciones de reacción fueron: 350 °C, 1500 psi; H2/HC: 1142.85 [lstd/l], LHSV: 1 h -1. La ausencia de metales alcalinos en la zeolita Beta permite la obtención de un material con mayor volumen de poro y área mesoporosa. Los catalizadores basados en las zeolitas sintetizadas, mostraron actividad en la reacción de hidrocraqueo, siendo mayor para aquellos materiales que presentaron un aumento en los sitios ácidos fuertes. Por otro lado, la selectividad a destilados medios se vio favorecida en los materiales que presentaron menor mesoporosidad. Todos los catalizadores presentaron alta estabilidad durante todo el tiempo de reacción. Palabras clave: Hidrocraqueo; zeolita beta; acidez; catalizadores bifuncionales. Tabla de contenido 138 Hidrodeoxigenación de glicerol a propilenglicol usando catalizadores bimetálicos de Cu-Pd/TiO2-Na con diferentes contenidos Cu y Pd Alba N. Ardila A.*a, Erasmo Arriola V.b, Trino A. Zepedac y Gustavo A. Fuentesd. a Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid. Medellín, Colombia. C.P. 4932. a,b,d Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Distrito Federal, México. C.P. 09340. c Universidad Nacional de México, Ensenada, BC., México. C.P. 22800. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen Recientemente nosotros reportamos la valorización de glicerol mediante su hidrogenólisis a 1,2-PDO en fase líquida usando un catalizador bimetálico de 5Cu5Pd/TiO 2Na. Encontramos que la actividad y selectividad de este catalizador involucra un efecto sinergístico entre los dos componentes metálicos, Sin embargo, el efecto y la optimización de la carga de ambos metales no ha sido aclarada. En este trabajo, se evaluó una serie de catalizadores bimetálicos de Cu-Pd con diferente carga de Cu y Pd en la hidrodeoxigenación de glicerol bajo condiciones moderadas. Una serie de catalizadores bimetálicos de Pd-Cu con diferente contenido de Cu y Pd soportados sobre TiO2-5%Na se prepararon POR impregnación húmeda sucesiva. Se seleccionaron 5, 10 y 15% por peso como contenidos de Cu y 0.5, 1.5 y 5% por peso para el Pd. Los catalizadores se caracterizaron por AAS, XRD, fisisorción de N2, DRS-UV-Vis, XPS, HRTEM, EDS/TEM y STEM/HAADF. Las reacciones catalíticas se llevaron a cabo durante 6 h en un reactor Parr Instruments con 50 mL de solución al 20% en peso de glicerol y 300 mg de cada catalizador a 220°C y 0.7 MPa de H 2. Las muestras se analizaron con un CG (Agilent 6850), un FID y una columna capilar HP-INNOWAX. Los XRD de los catalizadores no revelaron reflexiones características de Pd, la presencia de Cu no aleado y CuO es claramente evidente en todas las muestras, principalmente en aquellas con mayor contenido de Cu y menor de Pd. Se identificó un pico amplio en 2 = 41.186° asignado a la aleación Cu-Pd y cuyo tamaño de cristalito varío entre 2.6-9.6 nm dependiendo del contenido de Cu y Pd. La Tabla 1 resume los resultados obtenidos durante las reacciones. Mediante la fijación de la carga de Cu en 5%, 10% o 15%, el efecto del incremento en la cantidad de Pd (0.5%, 1.5% y 5% en peso) fue investigado. En los tres casos, un bajo contenido de Pd no es favorable para la hidrogenólisis de glicerol. Las mayores conversión (65.0, 76.1 y 80.1%) se obtuvieron con 5Cu5Pd, 10Cu-5Pd y 15Cu-5Pd, respectivamente. Además, se 139 observó una dramática caída en la conversión de glicerol de 80% a 45.6% al disminuir el contenido de Pd de 5% a 0.5%. Tabla 1. Conversión de glicerol, selectividad al carbono, TOF del glicerol y balance de carbono después de 6 horas de reacción. Catalizador 5Cu5Pd5Na 5Cu1.5Pd5 Na 5Cu0.5Pd5 Na 10Cu5Pd5N a 10Cu1.5Pd 5Na 10Cu0.5Pd 5Na 15Cu5Pd5N a 15Cu1.5Pd 5Na 15Cu0.5Pd 5Na Selectividad al carbono (%) CO Otros * 1.4 1.0 0.1 0.2 5.1 4.2 Balance de carbono (%) 94.0 97.0 23.0 0.6 0.2 0 99.0 4.5 79.7 13.0 2.2 0.1 5.0 92.4 8.7 45.8 73.0 19.4 0.7 0.2 6.7 90.2 6.0 39.8 74.0 17.1 0.4 0.2 8.3 92.0 5.0 80.1 83.2 10.8 3.6 0.1 2.3 93.0 10.3 51.0 81.2 12.8 0.3 0.1 5.6 91.8 6.1 45.6 80.7 11.7 0.1 0.1 7.4 95.6 5.9 Conversión de glicerol (%) 1,2PDO Aceto l CO 65.0 85.1 8.3 27.3 74.6 20.0 24.2 76.2 76.2 2 TOF Glicerol /10-2(s-1) 11.1 7.1 Se muestra que es posible en presencia de Pd activar el H2 para la hidrogenación sobre Cu sin necesidad de utilizar altas presiones del mismo, además, al mismo tiempo se puede acoplar el reformado del glicerol, para producir H 2 in situ. Todo esto debido a la existencia de un efecto sinergístico entre el Cu y el Pd. La conversión de glicerol incrementó con el aumento de Pd y Cu presente en los catalizadores. La mayor conversión (80%) se obtuvo con el catalizador 15Cu5PdNa, sin embargo, la mayor actividad catalítica en términos del TOF se alcanzó con el material 5Cu5Pd5Na. El rango de carga utilizado para el Cu y el Pd no afectó el tamaño de partículas y las propiedades texturales de los catalizadores, su efecto se basó principalmente en la formación de una aleación CuPd, el cambio de las propiedades electrónicas y la formación de diferentes tipos de configuraciones Cu-Pd en las partículas bimetálicas (aleación uniforme de Cu-Pd, aleación Cu shell/Pd core, Cu shell/Cu-Pd core y partículas formadas únicamente por Cu o Pd). 140 Palabras clave: hidrodeoxigenación de glicerol; catalizadores bimetálicos de Cu-Pd; efecto sinergístico. Tabla de contenido 141 Hidrogenación de m-dinitrobenceno con catalizadores de Rh soportados Andrea Silvaa, José Martíneza, Jairo Cubillosa*, Hugo Rojasa. a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia. a Email: [email protected], a [email protected] a [email protected], a [email protected], Resumen Se estudió la reacción de hidrogenación de m-dinitrobenceno (m-DNB) en fase líquida para la obtención de m-nitroanilina (m-NA) y m-feniléndiamina (m-PDA), sobre catalizadores de Rh (1% en peso), soportados en ZrO 2, Al2O3 y TiO2. La figura 1 ilustra la reacción bajo estudio. NO 2 NH2 + 3H2 Catal. Catal. -2H 2O -2H 2O NO 2 m-DNB NH2 NO 2 m-NA NH2 m-PDA Figura 1: Ruta de hidrogenación de m-dinitrobenceno Los sólidos resultantes se caracterizaron mediante diferentes técnicas, tales como: difracción de rayos X, reducción a temperatura programada y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X. Las reacciones se llevaron a cabo en un reactor tipo batch, a una presión de hidrógeno de 200 Psi, temperatura de 50°C y utilizando etanol como solvente. El seguimiento de la reacción se realizó por cromatografía de gases. Los resultados demostraron que la introducción de Rh no afectó la estructura cristalina de los soportes empleados. El catalizador Rh/TiO 2, muestra las señales características de las fases cristalinas anatasa y rutilo; en el catalizador Rh/Al 2O3 se observan señales características de los cristalitos de γ-Al2O3 y el catalizador Rh/ZrO2 muestra señales características de la ZrO2 tetragonal. Los análisis de reducción a temperatura programada sugieren la presencia de partículas bien dispersas de Rh 2O3 y de una reducción parcial del soporte en el caso del catalizador de Rh/TiO 2. La presencia de especies de Rh 0 y Rh3+ puede explicarse por la reducción parcial del soporte en el catalizador Rh/TiO 2 y una reducción incompleta de especies de Rh xOy en el catalizador Rh/Al2O3, mientras que en el catalizador Rh/ZrO2 sólo se observa la reducción de Rh 2O3 a Rh0. Los análisis de 142 espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, muestran especies Rh 3+ en los catalizadores de Rh/Al2O3 y Rh/TiO2, estas pueden explicarse por una reducción incompleta de especies de RhxOy, así una mayor proporción de especies Rh 3+ se puede observar en el catalizador Rh/Al2O3 (Rh3+ = 30%) y una menor proporción en el catalizador Rh/TiO 2 (Rh3+ = 20%). Para el catalizador de Rh/ZrO 2 sólo se observa la componente a 307 e.V que se atribuye a Rh0. El orden decreciente de la constantes de reacción (k 1) para la transformación de m-dinitrobenceno a m-nitroanilina es Rh/Al2O3 > Rh/TiO2 > Rh/ZrO2. Este orden no se conserva para la contante reacción (k 2) de m–nitroanilina a m– fenilendiamina. Los valores de k 1 son más altos que los de k2, lo cual indica que la segunda etapa de reducción es más lenta que la primera. Un análisis de correlación entre sitios activos y etapas de reacción, conducen a establecer que una mayor cantidad de sitios Rh0 con respecto a Rh3+ favorece la formación de m- fenilendiamina, lo que abre la posibilidad de controlar la selectividad de la reacción dependiendo del tipo de especies presentes. En general, si el producto de interés es la m-nitroanilina, el soporte más adecuado es la Al2O3, mientras que la ZrO2 es el soporte elegido en la formación de mfenilendiamina. Palabras clave: hidrogenación catalítica; Rh soportado; m-dinitrobenceno; mnitroanilina; m-feniléndiamina; especies catalíticas. Tabla de contenido 143 Hidrotalcitas de Mg/Al como catalizadores para la epoxidación de nopol a b c, Diana Hoyos , Edwin Alarcón , Aída Luz Villa *. a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Las hidrotalcitas (HT) representan uno de los materiales tecnológicamente más prometedores como catalizadores por su bajo costo, la relativa facilidad de preparación, y el gran número de variables de composición/preparación que pueden ser adoptadas. A temperaturas entre 300°Cy 500°C, las HTse descomponen para formar óxidos mixtos con alta área superficial y una variedad de sitios básicos superficiales. El nopol es un alcohol terpénico homoalílico obtenido por condensación de β-pineno y formaldehído, cuyo doble enlace es susceptible de epoxidación (Figura 1). El epóxido de nopol puede isomerizarse en un producto análogo al aldehído canfolénico (R: H), el cual es empleado en la industria de fraganciasy se obtiene a partir del epóxido de α-pineno. En esta contribución se reporta el uso de catalizadores de óxidos mixtos obtenidos de HTMg/Al para la epoxidación de nopol vía catálisis heterogénea usando H 2O2como agente oxidante. Las HTse sintetizaron añadiendo gota a gota una solución de Mg (NO 3).6H2O y de Al(NO3)3.9H2Oa una solución acuosa de Na2CO3, manteniendo el pH en10. La mezcla se agitó 24 h a temperatura ambiente; posteriormente se filtró y se lavó con agua destilada hasta pH neutro; el sólido obtenido se secó a 60°C.Los óxidos mixtos, se obtuvieron por calcinación a 450°C durante5 horas. Las reacciones se realizaron en viales de vidrio de 2 mL conagitación magnética, en un baño de aceite a temperatura controlada. Después de 144 reacción, el catalizador se separó por centrifugación y las muestras se analizaron en un GC-MSAgilent 7890A, conun detector FIDy columna capilar DB-1. En la Tabla 1 se observa que la actividad dependió de la relación Mg/Al, sugiriendo quela mayor concentración desitios básicos es responsablede la reacción; conversiones mayores a 73 % y selectividades mayores a 60 % hacia el epóxidode nopol y su subproductose obtuvieron con el material Mg/Al = 3.En ausencia de catalizador los rendimientos fueron menores al 5 %; cuando se utilizaron las HT,tampoco se observó actividad significativa. A 60°C la conversión fue ligeramente menor a la observada a 40°C, probablemente debido a una mayor descomposición térmica del H 2O2. a Condiciones de reacción: nopol 0.1 mmol, 0.8 mmol H 2O2, 0.8 mmol acetonitrilo, 250 μL acetona, 250 μL agua, 1.6 mg catalizador, 40°C. bProducto no identificado a tiempo de retención mayor a epóxido de nopol, con señales del espectro de masas comunes al epóxido de nopol.cSelectividad epóxido + selectividad subproducto del epóxido. Estos ensayos preliminares muestran que la actividad catalítica de los óxidos mixtos obtenidos de hidrotalcitas en la epoxidación de nopol se puede optimizar modificando parámetros de reacción. Palabras clave: nopol; hidrotalcitas; epoxidación; peróxido de hidrógeno. Tabla de contenido 145 Hidrotratamiento catalítico del furfuril alcohol sobre catalizadores de CuMgAl derivados de precursores tipo hidrotalcitas Natalia Pinoa, Gina Hincapiéb, Diana Lópezc,*. a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia, 050010. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El bio-aceite obtenido a partir de la pirólisis rápida de la biomasa, posee propiedades indeseables como acidez, alta viscosidad, alto contenido de agua, inestabilidad y un alto contenido de oxígeno que le confiere un poder calorífico bajo (19 MJ/kg) respecto al que poseen los combustibles convencionales (40 MJ/kg). Como una alternativa para mejorar las propiedades de este bio-aceite surge el hidrotratamiento catalítico, proceso en el cual e busca hidrodesoxigenar los compuestos oxigenados presentes en el bio-aceite a través de un catalizador, temperaturas moderadas (100-300 ºC), y altas presiones de hidrógeno (80-300 bar). Dado que el bio-aceite es una mezcla compleja de más de 300 compuestos oxigenados, la comprensión de las reacciones que se generan durante el hidrotratamiento catalítico del bio-aceite ha sido todo un reto, razón por la cual se ha optado por estudiar compuestos modelo que representen los principales grupos funcionales oxigenados y se encuentren en porcentajes significativos en el bio-aceite. En este estudio, se evalúa el hidrotratamiento del furfuril alcohol como compuesto modelo empleando una temperatura de 200ºC, una presión de hidrógeno de 50 bar, 4 horas de reacción y catalizadores de CuMgAl (relación molar Mg +2/Al+3 = 0.5, 3.0) derivados de precursores tipo hidrotalcitas.Los catalizadores de CuMgAl se sintetizaron por el método de impregnación en húmedo, utilizando como precursores hidrotalcitas comerciales PURAL®MG 70 y PURAL®MG 30 cuyas relaciones molares son Mg +2/Al+3= 3.0 y Mg+2/Al+3= 0.5 respectivamente. Para la impregnación se utilizó una sal de nitrato de cobre Cu(NO3)2.3H2O en la proporción que permitiera obtener catalizadores con un 10% en peso nominal de cobre. Las hidrotalcitas sin impregnar e impregnadas se calcinaron a 400ºC, obteniéndose los óxidos mixtos de Mg-Al-O y de CuMgAl. Los catalizadores impregnados con cobre fueron reducidos en un flujo de H 2 (30 ml/min) durante 4 horas para reducir el cobre a cobre metálico. Con este estudio se pretendía evaluar el efecto de las propiedades ácido-básicas de los catalizadores de CuMgAl sobre la conversión y selectividad del furfuril alcohol en el hidrotratamiento catalítico. Los resultados obtenidos fueron: con los óxidos mixtos de Mg-Al-O (Mg+2/Al+3= 0.5, 3.0) se obtuvo una alta selectividad hacia la formación de 2-metil-ciclopentanona (>60%); con los catalizadores de 146 CuMgAl para la relación molar (Mg +2/Al+3=0.5) se obtuvieron principalmente productos como el ciclopentanol, la ciclopentanona y el 3-furanmetanol con porcentajes de selectividad de 20%, 15% y 44% respectivamente; y para la relación molar (Mg+2/Al+3=3.0), se obtuvieron como principales productos de reacción la ciclopentanona, el tetrahidrofurfuril alcohol y el 3-furanmetanol con un 7%, 4% y 61% de selectividad respectivamente. Respecto a la conversión del furfuril alcohol, en todos los casos fue mayor del 90%. De esta forma, se concluye que a mayor relación Mg/Al, es decir menor cantidad de sitios ácidos, se favorece el rendimiento y selectividad hacia productos hidrogenados como el 3-furanmetanol, mientras que a menor relación, es decir mayor cantidad de sitios ácidos, el rendimiento y la selectividad aumenta hacia productos de hidrodesoxigenación como la ciclopentanona y el ciclopentanol. La interacción del cobre con el soporte favorece las reacciones de hidrodesoxigenación del furfuril alcohol hacia la formación de productos de valor agregado como la ciclopentanona y ciclopentanol. Palabras clave: hidrodesoxigenación; bio-aceite; ciclopentanona; furfuril alcohol; hidrotalcitas. Agradecimientos: los autores agradecen al programa Sostenibilidad 2014-2015, al proyecto de Colciencias con código 111556933557 y N.P al programa de Beca Doctoral de la Universidad de Antioquia. Tabla de contenido 147 Implementación de un fotoreactor para el tratamiento microbiológico del agua de consumo en el colegio INSAI de la india (Santander). Alejandra Benavides Quenguana, Andrés Felipe Loaizab. a Universidad de América, Bogotá, Colombia. Email: [email protected] Resumen La contaminación microbiológica representa un riesgo potencial para la calidad del agua potable, la cual se relaciona principalmente con la contaminación por heces humanas o animales, ya que es allí donde se encuentran la mayoría de bacterias patógenas que infectan el aparato digestivo causando enfermedades gastrointestinales. En el colegio INSAI de la India Santander, no se cuenta con un acueducto o sistema de distribución de agua potable, razón por la cual los ríos y aljibes se han convertido en su fuente de suministro; las diferentes familias de la comunidad disponen del rio para el desarrollo de sus actividades diarias como bañarse, lavar ropa y utensilios de cocina, bañar a sus mascotas y lavar sus vehículos de transporte entre otras, y en el caso de los aljibes, estos se encuentran cercanos a aguas de escorrentía, siendo causales del aumento significativo del riesgo por contaminación microbiológica a la calidad del agua, además de que previo al consumo esta agua colectada no cuenta con un tratamiento adecuado, se han presentado enfermedades diarreicas y brotes en la piel por la población infantil, que se relacionan con el consumo de esta agua. La fotocatálisis es uno de los procesos avanzados de oxidación (POAs) que se caracterizan por la producción de radicales hidroxilo los cuales son capaces de oxidar y mineralizar casi cualquier molécula orgánica produciendo CO 2 e iones inorgánicos. Estudios preliminares han encontrado que el proceso fotocatalítico con dióxido de titanio (TiO2) es eficaz en la inactivación de una amplia gama de patógenos en el agua, incluyendo bacterias indicadoras como Escherichia coli. Con este proyecto se busca dar una solución a la problemática que presenta esta comunidad y garantizar la disponibilidad de agua segura para el consumo, en el colegio INSAI. Para ello, se construirá un fotoreactor económico, práctico, robusto, de larga duración y seguro. Estudios previos realizados en el grupo de investigación de “Materiales Fotoactivos” de la universidad de América, han demostrado el gran potencial que tiene el TiO2 por su mayor efectividad y su actividad fotocatalítia, siendo así el más empleado en procesos fotocatalíticos, el cual se ha utilizado soportado sobre vidrio, aluminio, telas, polímeros entre otros. El fotoreactor a construir trabajará con un volumen de 600 L, cantidad que representa el consumo diario de agua empleado en la cocina del colegio INSAI para fines de alimentación y bebidas de los estudiantes, cuenta con un sistema de 148 instrumentación y control del proceso que garantiza el tiempo requerido para lograr la degradación y que facilita el posterior suministro al área de interés. Para evaluar la degradación microbiológica, se seleccionaron E.coli y Coliformes totales al ser indicadores universales de contaminación fecal en el agua, su determinación y cuantificación se hará mediante el método de filtración por membrana con sustrato definido, el cual permite diferenciar simultáneamente las colonias de E.coli y coliformes totales. Palabras clave: Contaminación, Bacterias patógenas, Fotocatálisis, Degradación, Fotoreactor. Tabla de contenido 149 Implementación de un proceso fotocatalítico en la vía de escape de un automóvil, para la degradación de óxidos de nitrógeno (NOx) Yeicy Yanith Caro Calderón*a, Cesar Augusto Quiñones Segurab. a,b Fundación Universidad de América, Bogotá, Colombia. Email: [email protected] Resumen Los gases de efecto invernadero, el smog fotoquímico, la lluvia ácida y el calentamiento global han incrementado considerablemente su efecto sobre la problemática ambiental debido a las cada vez más elevadas emisiones industriales relacionadas con procesos de combustión, entre ellas la industria automotriz, donde las emisiones provenientes de motores de combustión interna están caracterizados por gases que contienen hidrocarburos, material particulado, óxidos de carbono (COx), óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx). Para tratar las emisiones de gases con contenido de óxidos de carbono (COx), óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), se emplea la catálisis heterogénea, que emplea metales nobles como son los catalizadores de reducción Platino/Rodio (Pt/Rh) que reducen óxidos de nitrógeno (NOx) a nitrógeno (N 2) y oxígeno (O2); y catalizadores de oxidación Platino/Paladio (Pt/Pd) que oxidan óxidos de carbono (COx) e hidrocarburos, convirtiéndolos en Dióxido de Carbono (CO 2) y vapor de agua; los procesos de oxidación y reducción llevados a cabo por estos tipos de catalizadores mitigan la emisión de estos contaminantes, no obstante la mitigación de estos no es completa. En la actualidad los procesos de oxidación avanzada, son empleados en la degradación de sustancias orgánicas e inorgánicas; una correcta implementación de este tipo de procesos a las emisiones generadas por los motores de combustión interna de un automóvil, son el tema a tratar en este proyecto. Los principales beneficios de este proceso de implementación, permitirían la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales hacen parte de la composición de los gases de efecto invernadero; si se logra adecuar de manera óptima a los procesos de combustión del motor de un automóvil, se generaría la reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), a Nitrógeno (N2) que al hacer parte de la composición natural del aire, no presentaría ninguna efecto de contaminación. Con el fin de obtener resultados satisfactorios, el presente estudio contempla las siguientes fases. La primera etapa es determinar la naturaleza del semiconductor a utilizar, así como su disposición dentro del dispositivo, esta fase comprende la revisión 150 bibliográfica competente para el criterio de selección del semiconductor a utilizar en la degradación de los óxidos de nitrógeno (NOx). Posteriormente, viene la segunda etapa que se centra en establecer la fuente y la disposición de luz requerida para la activación del semiconductor en el fotorreactor, donde se escogerá la fuente de radiación necesaria para activar el semiconductor escogido en la etapa anterior, así como su debido acoplamiento. Subsecuente a esto, se procede a construir un modelo de fotorreactor integrable al tubo de escape, donde se tendrán en cuenta los parámetros de diseño de fotorreactores para la construcción y acoplamiento del mismo. Finalmente, se procederá a valorar el desempeño del fotorreactor en el auto, teniendo en cuenta las diferentes mediciones tomadas a lo largo del proceso de cuantificación de concentraciones de contaminantes, y por consiguiente evaluar si hubo o no una disminución de óxidos de nitrógeno (NOx). Se espera llegar a la reducción de los óxidos de nitrógeno que se presentan en la vía de escape del auto usando como semiconductor dióxido de titanio activado fotocatalíticamente con radiación UV; se espera encontrar un diseño de fotorreactor capaz de ser acoplado en el sistema de escape del auto de una manera óptima, y en la que pueda degradar la mayor cantidad de dichos óxidos posibles. Palabras clave: Fotocatálisis; Dióxido de Titanio (TiO 2); Radiación UV; Óxidos de Nitrógeno (NOx); Degradación Tabla de contenido 151 Implementación de un sistema en aerosol de TiO2 para el tratamiento del biodeterioro en papel Jesús Arturo Rodríguez Ruíza*, Cesar Augusto Quiñonesb, Adriana Inés Paez Moralesc. a,b,c Universidad de América, Bogotá, Colombia. Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen Al aprovechar la fotodegradación resultante de la alta acción oxidante de la fotocatálisis, es posible tratar superficies con presencia de microorganismos, pues esta acción oxidante conlleva a la degradación celular microbiana, específicamente de la pared celular de dichos microorganismos, causando su ruptura y por ende su destrucción. Existe gran cantidad de material documental, con valor histórico y cultural, que se encuentra en proceso de deterioro, por no contar con un proceso de almacenamiento y archivado apropiado. Sin un adecuado tratamiento, se propicia la proliferación de microorganismos que inician un proceso de biodeterioro en dicho material. El enfoque principal de estudio es el material documental en papel, que se ven afectados por la actividad vital de hongos, debido a que su pared celular compuesta por quitina, los hace resistentes a métodos de descontaminación convencionales. Dichos hongos proliferan sobre el material documental y crecen sobre las hojas del mismo, pues además del deficiente almacenamiento; elementos como proteínas o almidones, usados como pegantes y aglutinantes en dichos documentos son fuente alimenticia adecuada para los hongos y posibilitan el crecimiento. Incluso las mismas hojas, compuestas por celulosa, pueden ser sustrato aprovechable para los hongos. Es así como este proyecto, busca proponer un método de desinfección de material microbiológico alternativo, donde no se usen desinfectantes en fase líquida, dirigido a materiales que no pueden mojarse, y que requieren de un tratamiento para la eliminación de microorganismos presentes en él; además usar un método en aerosol para disponer el dióxido de titanio (TiO 2), y así obtener un máximo cubrimiento en el documento y efectuar una acción antimicrobiana más efectiva. Al usar un método en aerosol, se debe tener en cuenta el propelente a usar en el aerosol, pues debe exhibir características de un producto en seco, e interactuar de manera correcta con el TiO2 en estado sólido. Las opciones a considerar son tanto gases licuados como gases comprimidos. Además del propelente, el tamaño de partícula debe ser el adecuado para ofrecer las mejores condiciones de fotodegradación. Un tamaño de partícula menor a 50 μm, ocasiona un efecto conocido como aerosol espacial, donde las partículas quedan suspendidas en el aire, impidiendo la degradación microbiana. Un tamaño de partícula 152 entre 50 μm y 200 μm, ocasiona un efecto de aerosol de superficie, donde partículas quedan adheridas a la superficie a tratar, siendo lo indicado para este proyecto. De la elección del propelente y el tamaño de partícula, se procede a su aplicación y a su evaluación en la desinfección fúngica, mediante su efectividad al eliminar Penicillium sp, el hongo más común encontrado en documentos con biodeterioro. Se debe determinar el método más adecuado para la cuantificación de dicho hongo en papel, para conocer la proporción de hongo antes y después del tratamiento fotocatalítico, y así verificar si el método funciona como desinfectante microbiológico. Se propone usar conteo en placa y mediante inoculación en papel, realizar el seguimiento a la actividad microbiológica en el mismo. Por último, se evalúa la actividad anti microbiológica del sistema sobre el papel con presencia del hongo Penicillium sp, , comparando la cantidad de unidades formadoras de colonia (UFC) antes y después del tratamiento, mediante el conteo en placa, y sobre papel previamente inoculado con hongo. Se espera una reducción considerable de UFC después del tratamiento, donde el documento reduzca sus colonias de hongo y mejore sus características físicas y estéticas, recuperándolas y evitando que el documento presente más daño del que posee. Palabras clave: Fotocatálisis; Biodeterioro; Hongo; Seco. Tabla de contenido 153 Influencia del Ce en la hidrodesulfuración de tiofeno sobre heteropolioxomolibdatos de níquel tipo anderson a b c A Polo-Hernández *, Esneyder Puello-Polo , Astrid Perez a,b,c Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia 080014. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los compuestos con azufre como el tiofeno y sus derivados presentes en el petroleo, representan una amenaza económica y medio ambiental; son los causantes de daños en maquinaria, corrosión de motores y la contaminación de catalizadores utilizados en subprocesos de refinación. Los gases SOx producto de la combustión de los compuestos azufrados causan diversos tipos de enfermedades respiratorias, además van a la atmosfera y generan lluvia acida que ocasiona el deterioro de la infraestructura de ciudades, la destrucción de ecosistemas acuáticos e infertilidad en terrenos de cultivo. Por lo tanto la legislación nacional e internacional han establecido normas cada vez más exigente, llevando de esta manera a la industria petrolera y la comunidad científica a enfrenta un gran reto, generar combustibles limpios y de mayor calidad. Para dar respuesta a esta necesidad en la actualidad los catalizadores utilizados en el proceso de hidrodesulfuración son sulfuros de molibdeno o tungsteno, con o sin promotor que usualmente son átomos de níquel o cobalto. Sin embargo una de las alternativas que ha despertado un gran interés en los últimos años es modificar el soporte con tierras raras, por ello que el propósito de este proyecto de investigación se centra en evaluar el efecto la introducción de cerio al soporte en este caso alumina, con el fin de modificar sus características fisicoquímicas y mejorar la actividad catalítica de hidrodesulfuración. Síntesis de la fases Anderson Níquel (Ni) - Molibdeno (Mo) (NH 4)4[NiMo6O24H6]∙5H20, se mezclaron cantidades estequiometricas de disoluciones acuosas de los metales sales correspondientes a temperatura ambiente y agitación continua, ajustando el pH en un rango especifico , luego se dejó en reposo hasta la precipitación del solido deseado, Preparación de la γ-Al2O3: Siguiendo el método one pot se mezclan estequiometricamente una sal de aluminio, urea y almidón con agua des ionizada, bajo agitación constante hasta formarse un gel; se agrega ácido cítrico y se ajusta el pH, la temperatura y una vez pasado este tempo, se seca el gel obtenido a una temperatura y luego se calcina. Preparación de la γ-Al2O3-Ce: Siguiendo el método one pot se mezclan estequiometricamente una sal de aluminio, sal de serio, urea y almidón con agua desionizada, bajo agitación constante hasta formarse un gel; se agrega ácido cítrico y se ajustar el pH, y la temperatura. Una vez pasado este tempo, se seca el gel obtenido a una temperatura y se calcina. Preparación de la Ce/γ-Al2O3 se obtiene la γ-Al2O3 por el método nombrado y luego se realiza la impregnación del cerio. 154 En pruebas realizadas se observó que la actividad de los catalizadores soportados sobre alúminas modificadas con cerio era mayor que la uno de tipo comercial, además se encontró que el tipo de modificación (impregnación o por dopacion) presenta una influencia en la actividad catalítica. Palabras clave: hidrodesulfuacion; alumina modificada; heteropolioxomolibdatos; caracterización Tabla de contenido 155 Isomerización de epóxido de limoneno con catalizadores ácidos heterogéneos Maria Camila Cruz Márqueza, Aída Luz Villab,*. a,b Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected] Resumen De la isomerización del epóxido de limoneno se pueden obtener dihidrocarvona o carvenona, Figura 1, las cuales se utilizan como constituyentes útiles para perfumes, sabores, y fragancias. En el presente trabajo se reporta la isomerización del epóxido de limoneno con varios catalizadores heterogéneos. Las reacciones se realizaron con 0.25 mmol de epóxido de limoneno (97%, Sigma Aldrich) en 0.5 mL de hexano (96%, Merck) a 80°C bajo agitación magnética por 3 h. La mezcla de reacción se analizó por GC con una columna capilar DB-1 y detector FID; para la cuantificación de los productos se utilizó decano como estándar interno. Los óxidos SiO 2 (S) y ZrO2 (S) se obtuvieron tratando los correspondientes óxidos comerciales con una solución de ácido sulfúrico al 50% (vol/vol) H2SO4 (96% Merck). Las zeolitas beta ZB modificadas con titanio y molibdeno se prepararon por impregnación de soluciones de sales de los metales en los soportes zeolíticos. Todos los materiales se calcinaron como etapa final de su síntesis. El epóxido de limoneno pudo ser isomerizado efectivamente a compuestos carbonílicos sobre las zeolitas y óxidos modificados; la sulfatación de los óxidos incrementó considerablemente la actividad de estos materiales. Para las zeolitas beta ZB con diferente relación Si/Al (75 y 150), la incorporación de titanio favoreció la formación de 5 y el molibdeno la formación de 2. La formación de 1, 3 y 4 se ha asociado con el carácter ácido Brönsted de los catalizadores, mientras O O + ácido Bronsted Epóxido de limoneno Carvenona + otros p-cimeno O O + ácido Lewis Epóxido de limoneno otros dihidrocarvona Figura 1. Reacción de isomerización del epóxido de limoneno. 156 que el compuesto 2 se forma especialmente por la isomerización del epóxido de limoneno catalizada con ácidos Lewis. Con los catalizadores SiO 2 (S), MoZB150, ZB75 y MoZB75 se obtuvo el mayor rendimiento al compuesto 2. Con los materiales evaluados la selectividad a 1 fue muy baja y solo con el material TiO 2 la selectividad a 3 y 4 fue buena. De acuerdo a la distribución de los productos, se podría esperar una distribución de sitios ácidos similar en todos los materiales, excepto en el catalizador TiO 2. Tabla 1. Isomerización del epóxido de limoneno en presencia de sólidos ácidos Selectividad (%) Conversión Catalizador (%) 1 2* 3 4* 5 Otros SiO2 4 0 31 0 0 0 69 SiO2 (S) 72 0 52 0 5 20 23 TiO2 18 0 0 26 39 26 9 ZrO2 4 0 32 0 0 0 68 ZrO2 (S) 63 0 24 0 7 16 40 ZB150 27 0 26 0 7 38 29 TiZB150 65 1 23 0 5 39 32 MoZB150 100 2 38 0 2 20 38 ZB75 100 1 36 0 5 27 31 TiZB75 82 0 28 0 5 34 33 MoZB75 100 3 36 0 3 22 36 Condiciones de reacción: 0.25 mmol epóxido de limoneno, 13 mg catalizador, 0.5 mL solvente (hexano), 80 °C, 3 h. 1 p-cimeno, 2 dihidrocarvona, 3 isocarveol, 4 carveol, 5 limonen glicol. * Mezcla de isómeros cis – trans. Palabras clave: epóxido de limoneno; rearreglo de epóxidos; dihidrocarvona. Tabla de contenido 157 Mecanismos de deshidratación y deshidrogenación de glicerol sobre catalizadores básicos: una correlación experimental y computacional Mauricio Velásqueza,b*, Alexander Santamaríaa, Juan Espinala, Astrid Sánchezb, Catherine Batiot-Dupeyratc a Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia. b Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín, Medellín, Colombia. c Universidad de Poitiers, Poitiers, Francia. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected], [email protected] Resumen Introducción: La transformación catalítica de biomasa principalmente compuesta por moléculas poli-hidroxiladas como los carbohidratos representa una de las reacciones más importantes en la producción de biocombustibles y productos de alto valor industrial a partir de fuentes renovables. Particularmente, la valorización catalítica de glicerol como principal subproducto en la síntesis de biodiesel ha sido ampliamente estudiada en la producción de propanodioles, hidroxiacetona, acroleína, entre otros. Sin embargo, muy poco se ha estudiado sobre los mecanismos de reacción que llevan a la formación selectiva de estos productos y cómo son las interacciones entre el glicerol y la superficie de los catalizadores heterogéneos. Por lo tanto, la motivación del trabajo surge a partir de resultados experimentales obtenidos previamente en la producción selectiva de hidroxiacetona a partir de la deshidratación de glicerol usando catalizadores básicos (La2CuO4). Basados en resultados previos, se realizaron unas reacciones complementarias orientadas a la demostración de las diferentes vías de reacción y los resultados obtenidos fueron correlacionados con resultados de un análisis computacional donde se evaluaron las propiedades termodinámicas y cinéticas de cada etapa de la reacción. Metodología experimental y computacional: Los resultados experimentales fueron obtenidos usando glicerol puro como sustrato y un sólido cristalino del tipo perovskita (La2CuO4) como catalizador. La masa de catalizador fue variada (80, 100, 200, 400, 600 y 1000 mg) para obtener la selectividad de los diferentes productos en función de la conversión de glicerol durante 2.5 h de reacción a 260 °C y presión atmosférica. Posteriormente, bajo las mismas condiciones se realizaron las reacciones complementarias variando el sustrato y el gas de arrastre para corroborar las rutas de formación de la hidroxiacetona. Por otra parte, los cálculos computacionales fueron 158 realizados empleando la teoría de funcionales de la densidad con el híbrido B3LYP usando la base 6-311++G-(d,p) implementada en el software Gaussian 09. Resultados: Los principales productos de la reacción fueron hidroxiacetona, gliceraldehído y piruvaldehído alcanzando una selectividad a hidroxiacetona cercana al 80% cuando se obtuvo una conversión completa de glicerol (1000g de La 2CuO4). Las reacciones complementarias mostraron que la hidroxiacetona es el producto termodinámicamente más estable ya que cuando se usó como sustrato solo se obtuvo una conversión del 10% a piruvaldehído. Por otra parte, la selectividad a piruvaldehído se hace cero cuando se usa hidrógeno como gas de arrastre, lo que indica que se favorece la producción de hidroxiacetona mediante hidrogenación. También se pudo observar un incremento considerable en la selectividad a piruvaldehído e hidroxiacetona cuando se usa gliceraldehído como sustrato (10% p/p en glicerol). Estos resultados sugieren que la formación de hidroxiacetona a partir de glicerol usando La 2CuO4 como catalizador procede mediante una ruta de reacción que involucra inicialmente la deshidrogenación del glicerol a gliceraldehído; posteriormente éste se transforma en piruvaldehído mediante deshidratación y finalmente a hidroxiacetona mediante hidrogenación. Sin embargo, los resultados computacionales mostraron que la formación de hidroxiacetona se da a través de dos rutas diferentes. La primera es la deshidratación directa del glicerol que lleva a la hidroxiacetona como la ruta termodinámicamente más favorable y la segunda es la ruta ya mencionada solo que la formación de hidroxiacetona y piruvaldehído no son reacciones consecutivas, sino que son reacciones competitivas entre hidrogenación y rearreglo a partir de un intermediario común, siendo más favorable la hidrogenación del intermediario que forma la hidroxiacetona. Palabras clave: Glicerol; Hidroxiacetona; Perovskita; Modelación molecular. Tabla de contenido 159 Mineral arcilloso del Doncello – Caquetá como potencial catalizador en el proceso de oxidación fotofenton de un contaminante orgánico Ederson Ardnet Osorioa, Erika Jasbleidy Laguna Castillob, Maurin Salamancac, Lis Manrique Losadad,*. a,b,d Universidad de la Amazonia, Grupo de Investigación de Materiales, Ambiente y Desarrollo – MADE, Florencia, Colombia. c Universidad Militar Nueva Granada, Grupo de Investigación Química Ambiental y Tecnologías Limpias _ QUATELI,, Bogotá Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d* [email protected] Resumen El proceso de oxidación avanzada conocido como fotofenton se aplica eficientemente a la degradación y mineralización de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales. El proceso fenton está basado en la generación de radicales *OH a partir de un metal en solución, generalmente Fe+2 en presencia de un exceso de H2O2 y pH ácido, además se incrementa la producción de *OH con iluminación solar. El proceso fotofenton homogéneo tiene la desventaja de necesitar de 50-80 mg.L-1 de Fe en solución. Esto sobrepasa los límites admitidos por la norma colombiana, la cual contempla como máximo nivel 5 mg.L 1 de Fe (Decreto 1594 de 1984). Por tanto, el uso de un catalizador de Fe heterogéneo, donde el Fe se incorpore en un soporte es motivo de estudio. Las arcillas han sido usadas para la inmovilización de especies de hierro como complejos acuosos u óxidos, cuya disposición en el reactor es normalmente en suspensión. Buscando evitar operaciones de separación, la arcilla nativa de Doncello Caquetá, clasificada como bentonita tiene potencial para uso como soporte de fácil consecución en la región. Este trabajo se enfoca en la preparación de un catalizador fotofenton heterogéneo inmovilizado basado en arcilla natural. La degradación del colorante rojo congo (RC) como molécula modelo sirvió para evaluar la actividad fotofenton del material. La arcilla natural fue extraída de la región del Doncello Caquetá y fue purificada por medio de dispersión acuosa y sedimentación utilizando el método de cilindros de Attemberg. Se sometió a trituración, homoionización, lavado, elaboración de anillos con una proporción 50:50 de arcilla:arena, calcinación y finalmente impregnación húmeda del Fe en el anillo. El material se caracterizó mediante difracción de rayos X, espectroscopia Raman y espectroscopia de absorción atómica. Las pruebas fotofenton se llevaron a cabo con 50 mL de solución coloreada de 40 mg.L -1 en un vaso de reacción con agitación constante y 160 con el anillo sostenido dentro de la solución por una malla de acero inoxidable. Para la iluminación solar se utilizó un colector parabólico artesanal. Para 3 h de reacción sin iluminación y un pH de 3 se obtuvo un porcentaje de remoción de RC del 70% comparado con el alcanzado a pH natural (5,4) de 20%. La degradación a pH cercano a 7 fue del 60%. Es claro que los pH 3 y 7 favorecen la reacción evitando la formación de hidróxidos. Cuando se aplicó luz solar a pH ácido, se incrementó la velocidad de degradación, alcanzando el 95% a los 90 min de exposición, demostrando que se incrementa la producción de radicales *OH con la radiación. También se evaluó el proceso fotofenton a diferentes concentraciones iniciales de peróxido y de RC, demostrando que con un exceso de peróxido y a baja concentración inicial de RC se incrementa la velocidad de reacción, esto sugiere que al aumentar la concentración de RC los sitios activos se agotan rápidamente. Los catalizadores preparados con el catalizador de hierro utilizando el mineral arcilloso proveniente del Doncello – Caquetá presentan una buena actividad fotocatalítica bajo iluminación con luz solar directa con exceso de H 2O2, lo que lo hace un material promisorio en aplicaciones a gran escala. Palabras clave: orgánico. fotofenton; arcilla bentonita; Tabla de contenido 161 inmovilización; contaminante Obtención de 1,3-propanodiol a partir de glicerol usando catalizadores de Pt-WOx/ZrO2 preparados por diferentes métodos Erasmo Arriola V.a*, Alba N. Ardila A.b, Gustavo A. Fuentesc. a Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México D.F., México C.P. 09340. b Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid. Medellín, Colombia. C.P. 4932. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El 1,3-PDO es considerado un químico de interés por sus aplicaciones industriales como producto intermediario en la fabricación de polímeros. La actividad y selectividad de materiales como Pt/WO3/ZrO2 se ha asignado generalmente a la formación de centros ácidos superficiales de WOx. En trabajos anteriores sintetizamos por reacción en solución catalizadores 2%Pt/WOx/ZrO2 con diferentes contenidos de W y, encontramos que la actividad y selectividad varía con el contenido de W y a su vez con la cantidad de especies WOx dispersas sobre el ZrO 2, sin embargo, una limitación del método de síntesis es la dificultad de controlar el tipo y dispersión de especies de WOx. En este trabajo se reportan resultados para la hidrodesoxigenación de glicerol a 1,3-PDO usando el material Pt-WOx/ZrO2 preparado por diferentes métodos, lo que permitirá establecer la relación estructura - actividad para la producción de 1,3-PDO. Se prepararon catalizadores Pt-30%WOx/ZrO2 por métodos como: precipitación selectiva 1 (M1), Precipitación selectiva 2 (M2), Reacción en solución (M3), impregnación incipiente del W (M4). Además, de los materiales de Pt/ZrO 2 (M5) y Pt/ZrO2+WO3 (M6). Éstos se caracterizaron por DRX, fisisorción de N 2 y espectroscopia Raman. Las reacciones se realizaron por 11 h en un reactor Parr con 40 mL de solución de glicerol al 10% p/p y 2g de catalizador. Las muestras se analizaron con un CG (Agilent 6890) y una columna capilar HP-INNOWAX. Los DRX de los catalizadores sintetizados por M4 y M3 mostraron bandas asignadas al WO3, indicando que los materiales sintetizados por M1 y M2 tienen un alto grado de dispersión de especies WOx sobre el ZrO 2. Pruebas de fisisorción de N2 demostraron que el área superficial de los catalizadores varió entre 59-115 m2/g. Espectros Raman (Fig. 1) de todos los materiales mostraron bandas en ~146 cm -1 (unidades aisladas de WO6), ~305 cm-1 (WO4 alta distorsión (Zr(WO4)2), ~440 cm-1 (especies WO6 aisladas), ~650 cm-1 (unidades distorsionadas de WO 6). Las intensidades varían con el método de síntesis con el siguiente orden de mayor a menor intensidad de las bandas M1 M2 M4 M3. Además, se observó una banda amplia con varios hombros en un rango ~ 830-1020 cm-1 relacionadas con diferentes especies, mono y poliméricas de WOx. 162 780 14.3 680 Millares En la Fig. 2 se muestra la selectividad a 1,3-PDO a iso-conversión de glicerol. Aunque la selectividad no varía considerablemente en los materiales con 30% W, la mejor selectividad se obtuvo con el material preparado por el método M1, principalmente a tiempos cortos de reacción. La comparación de los resultados de reacción con el material Pt/ZrO2+WO3 demuestran que la actividad y selectividad catalítica a 1,3-PDO es mejorada por la presencia de especies de WO x en lugar de WO3 cristalino. 12.3 Intensidad (u.a) 580 10.3 180 2.3 80 0.3 480 8.3 380 6.3 280 -20 4.3 0 200 400 600 800 1000 -1.7 Longitud de onda (cm-1) Fig. 2. Selectividad a 1,3-PDO con los diferentes métodos. Fig. 1. Espectros Raman para los catalizadores sintetizados. La caracterización superficial de especies de tungsteno dispersas sobre el ZrO 2, mostraron una estrecha relación entre la cantidad y dispersión de especies superficiales de W presentes en el catalizador y el método de síntesis. Obteniéndose los mejores resultados (conversión = 80 % y selectividad = 57%) con el catalizador sintetizado por el método M1, cuyas especies superficiales de W altamente dispersas corresponde a mono y politungstatos como WO4, WO6 y WO5. Palabras clave: Hidrodesoxigenación de glicerol; 1,3-propanodiol; Método de síntesis. Tabla de contenido 163 Obtención de complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III) para su evaluación como catalizadores en la oxidación de monoterpenos. Julianna Mazuera Méndeza*, Dorian Polo Ceróna a Universidad del Valle, Cali, Colombia A.A. 25360. Email: a* [email protected], [email protected]. Resumen En este trabajo se describe la síntesis de una serie de complejos lantánidos (Ce(III), Nd(III), Sm(III)) empleando sales derivadas del ácido trans-cinámico, ácido trans-pclorocinámico y ácido trans-p-metoxicinámico como ligandos. Los compuestos obtenidos se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja, análisis elemental y de metal (complexometría con EDTA), antes de realizar los estudios catalíticos. Esquema 1. Reacción para la obtención de los complejos p-R-cinamato de Ce(III), Nd(III) y Sm(III) mediante la preparación in situ de los ligandos. Para el estudio de las propiedades catalíticas se utilizaron los complejos lantánidos como catalizadores para la oxidación de diferentes sustratos como canfeno, β-pineno empleando H2O2 como agente oxidante. Se evaluó el efecto de la temperatura, tiempo y efecto del solvente, así como la influencia del metal y del sustituyente en el anillo aromático de los ligandos cinamato. Los productos obtenidos se analizaron e identificaron mediante cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas empleando la técnica de ionización por impacto electrónico a 70 eV para la cuantificación de los productos de oxidación. El canfeno y el β-pineno son monoterpenos bicíclicos que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza generalmente como constituyentes principales de aceites esenciales de una gran variedad de plantas. Estos monoterpenos son conocidos por sus propiedades fungicidas y bacteriostáticas, además son utilizados en la industria como 164 materia prima para la síntesis de productos con alto valor agregado. La oxidación de estos monoterpenos es considerado un método importante para la valoración de estas abundantes y renovables olefinas naturales, además se ha demostrado que los productos de oxidación generados tienen diferentes aplicaciones terapéuticas y como ingredientes valiosos en la industria cosmética y farmacéutica, sin embargo su producción a través de reacciones de oxidación no catalíticas generalmente se llevan a cabo con rendimientos bajos y baja selectividad. Entre los principales resultados obtenidos para la oxidación de canfeno (ver Esquema 2) se encuentra la 2-canfenilona y 3-metilcanfenilanol, mientras que para el β-pineno los principales productos fueron pinocarveol, epoxi-β-pineno y pinocarvona (ver Esquema 3), demostrando que los complejos obtenidos pueden ser utilizados como catalizadores en la oxidación de diferentes alquenos. Esquema 2. Reacción de oxidación de canfeno utilizando H2O2. Esquema 2. Reacción de oxidación de b-Pineno utilizando H2O2. Palabras clave: Cinamatos; lantánidos; actividad catalítica; canfeno, β-pineno, oxidación de alquenos. Tabla de contenido 165 Obtención de Mo2C másico y soportado sobre una zeolita tipo-Y para el hidrotratamiento de aceite de jatrofa. Tatiana Bustamante Betancura*, Wilson Ruiz Machadob, Andrés Morenoc Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia, 050010. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La investigación sobre la producción de combustibles renovables a partir de aceites vegetales ha tenido un gran auge en los últimos años, ya que las limitadas reservas de petróleo actuales y la baja calidad de los mismos plantean nuevos retos en cuanto al uso de fuentes renovables para sustituir al menos parcialmente las fuentes de energía fósiles . Teniendo presente lo anterior, en los últimos años se vienen realizado esfuerzos dirigidos hacia el desarrollo de catalizadores eficientes y amigables con el ambiente para la obtención de biocombustibles vía reacciones de hidrotratamiento de aceites vegetales. En este sentido, resultados recientes sugieren que algunos carburos de metales de transición son promisorios en la reacción de hidrodesoxigenación de dichas materias primas, adicionalmente la incorporación de una función ácida a estos catalizadores utilizando ciertas zelolitas como soporte logran reacciones de isomerización, las cuales son fundamentales para obtener productos tipo diesel con buenas propiedades de flujo en frio. En la presente investigación se propone la preparación de catalizadores de carburo de molibdeno, en forma másica y soportados sobre una zeolita tipo-Y, para el hidrotratamiento de aceite de jatrofa refinado. Los catalizadores soportados fueron preparados por impregnación húmeda utilizando como fuente de molibdeno el heptamolibdato de amonio, seguido de un tratamiento térmico de secado y calcinación; posteriormente se realizó la reacción de carburación a temperatura programada y finalmente se realizó la pasivación del sólido a temperatura ambiente. Para el catalizador másico se utilizó como precursor MoO 3 y se le realizó el mismo proceso de carburación. La caracterización de los sólidos obtenidos se realizó por difracción de rayos x, microsroscopía electrónica de barrido, análisis termogravimétrico y espectroscopia Raman. Por último se evaluó la actividad catalítica de los materiales obtenidos en el hidrotratamiento de aceite de jatrofa en un reactor tipo batch (P H2 50 bar, 380 °C, 3 h). La caracterización estructural (difracción de rayos x y espectroscopia Raman) de los materiales obtenidos indicó que se logró producir el carburo de molibdeno del tipo β-Mo2C .Por otra parte, con respecto a los catalizadores de carburo de molibdeno soportados sobre una zeolita Y comercial, los resultados de difracción de rayos x indicaron que con 166 10% Mo no se evidenció la formación de la fase β-Mo2C, pero cuando se obtiene un catalizador soportado con una carga del 20%, se logran apreciar algunas señales de difracción de la fase de interés de muy baja intensidad. Adicionalmente por espectroscopia electrónica de barrido se pudo apreciar la morfología y tamaño de los cristales tanto del carburo del molibdeno como de la zeolita. Los resultados de los análisis termogravimétricos mostraron diferentes eventos correspondientes a perdidas en peso por humedad en la zeolita, sublimación de la fase óxido de molibdeno entre otros. El carburo másico demostró una buena actividad catalítica hacia la reacción de hidrodesoxigenación del aceite de jatrofa, dado a que se obtuvieron un 22,1% en peso de productos desoxigenados (C15, C16, C17), siendo el hidrocarburo C18 el más abundante (17%). Por otro lado al soportar la fase activa sobre la zeolita, la actividad catalítica decreció considerablemente obteniéndose solo un 0,4% en de productos tipo diésel y un 61,2% en peso de productos correspondientes a ácidos grasos. Así entonces teniendo en cuenta los resultados de caracterización se confirmó que con la metodología de carburación utilizada se puede obtener el carburo de molibdeno tanto másico como soportado, por otro lado los resultados de actividad catalítica mostraron que la fase de Mo2C es un material activo hacia reacciones de desoxigenación de aceite vegetal. Sin embargo se requiere más investigación para lograr catalizadores donde se incorpora una función ácida. Palabras clave: carburo de molibdeno; carburación; hidrotratamiento; combustibles renovables. Agradecimientos: Los autores agradecen al proyecto programa de producción de biohidrocarburos líquidos para la generación de energía eléctrica y al programa de sostenibilidad 2014-2015 Tabla de contenido 167 Obtención de pirroles sustituidos con el uso de catalizadores bifuncionales Eliana Nopea*, Jose Martíneza, Hugo Rojasa, Efrén Muñoza, Gustavo Romanellib. a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia. b Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. J.J. Ronco” (CINDECA), Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP-CCT-CONICET, Calles 47 No. 257, B1900 AJK La Plata, Argentina. Email: a*[email protected], [email protected], [email protected], a [email protected], [email protected] Resumen Los derivados del pirrol son heterociclos importantes en el campo farmacéutico y en la ciencia de los materiales, son bloques estructurales de diversas moléculas biológicamente activas y aunque su síntesis involucra reacciones multicomponentes, aún es un reto preparar pirroles polisustituidos directamente con varios sustituyentes a partir de bloques de construcción fácilmente disponibles. La condensación de nitroarenos y compuestos 1,4 dicarbonilos, por la formación de la imina y posterior condensación de Paal Knorr parece ser una de las rutas más atractivas, sin embargo, existen dos inconvenientes principales; la reducción de los compuestos nitro y la formación de la imina sin que generen productos secundarios que irían en detrimento del rendimiento de la reacción. El reemplazo de catalizadores convencionales por sólidos ácidos de mesoporosidad controlada (MCM) e impregnados con metales coloidales parece ser una alternativa viable para lograr la síntesis de pirroles sustituidos por esta vía. De esta manera, se estudiaron catalizadores bifuncionales tipo Pt/SiO2-SO3H y Pt/MCM-SO3H para la obtención de pirroles sustituidos en la reacción de condensación de nitroarenos y compuestos 1,4 dicarbonilos. Para la generación de los grupos sulfónicos (-SO3H) sobre sílice comercial y MCM-41 se utilizó mercaptopropil trimetoxisilano, posterior oxidación con H 2O2. La impregnación del metal se realizó usando Pt coloidal. Los resultados de DRX a bajo ángulo y de fisisorción de N2 muestran que la funcionalización con grupos sulfónicos no afecta la mesoporosidad de la MCM-41. Sin embargo, la incorporación del coloide de platino afecta sus propiedades texturales, lo cual también se observó en SiO2-SO3H. Además, la impregnación del coloide metálico disminuye la fuerza ácida en ambos sólidos, posiblemente debido a la interacción de los grupos sulfónicos con el metal. Un cambió a menores energía de enlace del Pt (cambio de 0.6 eV en la EE del Pt 0 =74 eV) muestran una posible interacción entre los grupos sulfónicos y el metal. Las reacciones a una presión de hidrógeno de 5 MPa, temperatura ambiente, utilizando acetato de etilo como solvente, y una relación 1:1 de furfural-nitroanilina, mostraron que es posible la formación del pirrol sustituido con 168 rendimientos cercanos al 40% en 2h de reacción en Pt/MCM-SO3H y del 35% en Pt/SiO2SO3H, así la mesoporosidad de la MCM-41 no afectó el rendimiento del pirrol obtenido. La presencia del metal favorece la formación del pirrol, puesto que en MCM-SO3H y en SiO2SO3H no se evidencia la formación del pirrol sustituido, lo que sugiere que el metal permite la reducción del compuesto nitro aromático y la reacción procede vía formación de la imina y posterior condensación de Paal Knorr. Palabras clave: catalizadores bifuncionales; pirroles sustituidos; nitroaromáticos; grupos sulfónicos; coloides metálicos; condensación de Paal Knoor. Tabla de contenido 169 Oxidación catalítica del acetato de etilo sobre óxidos mixtos de Mn, Co y Co-Mn. Relación entre las especies de oxígeno y la actividad a b c* María Haidy Castaño , Rafael Molina , Sonia Moreno . a,b,c Universidad Nacional de Colombia,Bogotá, Colombia, 11001. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los óxidos mixtos de manganeso y cobalto son considerados materiales muy valiosos en reacciones de oxidación, en razón a su capacidad de estar presentes en múltiples estados de oxidación y poseer una óptima capacidad de almacenamiento de oxígeno. Generalmente, en la oxidación de compuestos orgánicos se reconoce que ocurre un mecanismo redox en donde los oxígenos adsorbidos o de la red de los óxidos, pueden estar involucrados. La coprecipitación simultánea es uno de los métodos empleados para la síntesis de óxidos metálicos en donde es posible generar precursores tipo hidrotalcita que conducen a materiales con gran área superficial, alta interdispersión de los metales constituyentes, homogeneidad y elevada estabilidad térmica, características importantes en las reacciones de oxidación. En óxidos mixtos obtenidos a través del empleo de precursores tipo hidrotalcita, existen escasos estudios respecto a su habilidad para almacenar oxígeno, la movilidad del mismo, las especies de oxígeno adsorbidas y la relación entre estas propiedades y su desempeño catalítico. Por esta razón, el presente trabajo establece relaciones entre la actividad catalítica en la oxidación del acetato de etilo como compuesto representativo de los COVs, y las propiedades redox, las especies de oxígeno presentes y la movilidad de las mismas. 4,0 3,5 molO2/g cat. 3,0 T90: 226°C OSC O2() T90: 226°C 2,5 2,0 T90: 240°C 1,5 1,0 0,5 0,0 CPMn CPCo CPCoMn Figura 1. Relación entre la actividad catalítica, la OSC y las especies de oxígeno adsorbidas () 170 Los óxidos mixtos de MgAl con Mn, Co y Co-Mn se obtuvieron a través de la descomposición térmica de precursores tipo hidrotalcita a travésdel método de coprecipitación simultánea, en donde se emplearon las soluciones de los nitratos respectivos y se conservaron, en todos los casos, la relacionesM2+/M 3+=3, M2+/Mg2+ =1 (donde M= Mn2+, Co2+ o Mn2+y Co2+).Para el óxido con Mn y Co se mantuvo la relación Co2+/Mn2+=0.5.Las propiedades estructurales, texturales, redox y la movilidad de oxígeno fueron evaluadas mediante las técnicas de Difracción de rayos X, adsorción de N 2, capacidad de almacenamiento de oxígeno, intercambio isotópico con 18O y desorción de oxígeno a temperatura programada.El desempeño catalítico de los materiales fue estudiado en la oxidación total de 1000ppm de acetato de etilo. La técnica que determina la capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC) es empleada para evaluar la reactividad del oxígeno superficial y más disponible, el cual está relacionado directamente con las propiedades redox de los materiales. Los resultados muestran (Fig 1) que los óxidos que contienen manganeso (CPMn y CPCoMn) presentan mayores valores de OSC que el óxido que contiene únicamente Co y por tanto, exhiben un mejor desempeño catalítico en la oxidación del éster, el cual es representado por los valores de T90 (temperatura necesaria para alcanzar el 90% de conversión del COV hasta CO2). De otro lado, se observa que las especies de oxígeno adsorbidas (α) también juegan un papel importante enel proceso catalítico ya que, aunque CPMn (contiene sólo manganeso) muestra menores propiedades redox que el óxido de Co-Mn, la presencia de una mayor cantidad de especies α en CPMn contribuyea la obtenciónde las menores temperaturas de conversión, comparables con las del óxido CPCoMn. Es entonces evidente que la participación conjunta de los oxígenos adsorbidos y laspropiedades redox del óxido, definen el comportamiento catalítico de estos materiales en la oxidación del acetato de etilo. Palabras clave: COVs; hidrotalcita; capacidad de almacenamiento de oxígeno Tabla de contenido 171 Oxifuncionalización de trementina mediante catálisis heterogénea y escalado de la reacción Iván Aguasa, Edwin Alarcónb, Aída Luz Villac,*. a,b,c Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La producción de nopol mediante la reacción de condensación de Prins entre β-pineno y formaldehído se lleva a cabo eficientemente con el catalizador Sn-MCM-41, obtenido por impregnación húmeda incipiente de una disolución de SnCl 2.2H2O en el material mesoporoso MCM-41. Si la reacción se realiza en acetato de etilo, se inhibe la polimerización de formaldehído en la fase vapor, la cual se favorece termodinámicamente a temperaturas menores de 80 ºC. Cuando la reacción se realiza con β-pineno (relación molar paraformadehído/ β-pineno de 2/1, 12 mg de catalizador, 1 mL de acetato de etilo, 90 °C, 6 h, 1 mmol paraformaldehído), se obtiene una conversión de β-pineno de 90 % y una selectividad a nopol de 93%. En esta contribución se extiende el uso del catalizador Sn-MCM-41 en la oxifuncionalización de una trementina comercial (50% α-pineno, 40% β-pineno, 3% limoneno, 7% otros monoterpenos) como fuente de β-pineno, en presencia de diferentes cantidades de acetato de etilo como solvente. Los materiales se caracterizaron por DRX, absorción atómica de Sn y área superficial BET. La trementina y productos de reacción se caracterizaron mediante GC-MS. La Figura 1a muestra que aunque la reacción puede realizarse en ausencia de solvente se logran mayores rendimientos en presencia de acetato de etilo; en ausencia de solvente se evidenció la formación de depósitos de paraformaldehído en las zonas frías de reactor. La Figura 1b indica que al usar una relación de β-pineno/acetato de etilo de 3.2 mmol/mL (0.25 mL de acetato de etilo), la selectividad a nopol se mantiene constante en aproximadamente 90 % después de 8 h de reacción. Los resultados muestran que utilizando trementina en vez de β-pineno, se puede obtener una actividad similar con 86 % menos de solvente y 37.5% menos de paraformaldehído. 172 100 100 (b) 80 80 60 60 % % Rendimiento (a) 40 Cantidad de solvente (mL) 20 0 0 0.25 40 20 0.5 0 2 4 6 % Conversión % Selectividad % Rendimiento 8 10 12 14 16 18 20 Tiempo (h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Tiempo (h) Fig. 1. Evaluación de la actividad de Sn-MCM-41 con trementina como fuente de βpineno. Condiciones de reacción: Catalizador (12 mg), trementina con 40 %p/p de βpineno (0.8 mmol), HCHOx (1 mmol), 90 °C, acetato de etilo como solvente (0.25 mL en Fig. 1b). Intensidad (u.a.) Cuando la reacción se escaló 50 veces (respecto a las condiciones en la Figura 1b) en un reactor Parr 4590 de 100 mL, se obtuvo una conversión de β-pineno del 92 % y 93 % de selectividad a nopol después de 24 h; la composición en masa de los componentes principales fue 42.7% de nopol, 2.37% de β-pineno y 51.73 % de α-pineno (Figura 2). -pineno -pineno limoneno (a) nopol (b) 5 6 7 8 9 10 Tiempo (min) Fig. 2. Análisis cromatográfico de la trementina antes (a) y después de la oxifuncionalización mediante la reacción de Prins con paraformaldehido (b). Palabras clave: nopol; Sn-MCM-41; Trementina; escalado. Tabla de contenido 173 Polietileno ADMET con control en las ramificaciones mediante catálisis de grubbs de primera generación Lina Marcela Delgado Cordobaa, Giovanni Rojas*a,b, Kenneth B. Wagenerb. a Departamento de Ciencias Químicas, Universidad Icesi, Cali, Colombia. b Butler Polymer Research Laboratory, Department of Chemistry, University of Florida, Gainesville, FL 32611-7200, USA. Email: [email protected] RESUMEN A lo largo de los años la metátesis de olefinas se ha convertido en una de las reacciones químicas más importantes permitiendo el desarrollo de macromoléculas con arquitecturas diferentes ya que es la ruta ideal para la formación de dobles enlaces entre carbonos, siendo este un proceso complejo de obtener a través de otras metodologías sintéticas. Actualmente, la metátesis se encuentra ampliamente aplicada en los diferentes procesos de síntesis orgánica, química de polímeros, de materiales y en la preparación de fármacos. Los catalizadores de Grubbs y Schrocks son uno de los materiales más utilizados para realizar los procesos de metátesis debido a que son compuestos altamente selectivos, siendo algunas veces capaces de actuar aún en presencia de alcoholes, agua y ácidos carboxílicos. Debido a lo anterior el catalizador de Grubbs ha sido ampliamente utilizado en las síntesis orgánica vía ADMET, la cual se basa en una serie de pasos que llevan como resultados a una polimerización por condensación. El proyecto aquí presentado se realizó por medio de una polimerización vía ADMET en presencia del catalizador de Grubbs de primera generación con el fin de sintetizar polietileno (PE) lineal de baja densidad (LLDPE), el cual es modificado controladamente a fin de introducirle ramificaciones en lugares específicos de la cadena carbonada, los cuales se conocen como espaciadores, siendo en este caso espaciadores de 18 y 9 carbonos, con ramificaciones de 7 y 21 carbonos respectivamente. Cabe destacar que el proyecto es de gran importancia para la comunidad científica e industrial ya que demuestra el control que se puede tener sobre los procesos de síntesis poliméricas basadas en rutas catalíticas. PALABRAS CLAVES: Modelamiento, polímero, polietileno, Metátesis, síntesis, catalizador, alquilación, decianización, Cianización, bromación, hidrogenación. Tabla de contenido 174 Polioxometalatos de Ni-Mo-W modificados por carburación para la hidrodesulfuración de tiofeno. Ronald Parraa, Esneyder Puellob*, Joaquín L. Britoc, Marta C. Danielsd. a, Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla, Colombia. b Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla, Colombia. c Laboratorio de Fisicoquímica de Superficies. Centro de Química, IVIC. Apto 21827. Caracas, Venezuela. d Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla, Colombia. Email: [email protected], b*[email protected], [email protected] Resumen Se desarrollaron nuevos catalizadores Hidrodesulfuración utilizando heteropolioxometalatos tipos Anderson (NH 4)4[NiMo6-xW xO24H6]•5H2O con diferentes relaciones estequiométricas de Níquel, Tungsteno, Molibdeno (x= 0, 3), los cuales fueron sintetizados a partir de sales heptamolibdato de amonio, nitrato de níquel y paratungstato de amonio en solución acuosa. Los polioxometalatos obtenidos fueron modificados gradualmente con carbono a través de tratamiento de carburación bajo una atmósfera de 20% CH4/H2, a una temperatura de 800°C a velocidad de calentamiento de 3°C/min durante 5 horas. Posteriormente los catalizadores obtenidos se sometieron a caracterización mediante técnicas fisicoquímicas como Difracción de Rayos-X (DRX), espectroscopia Infrarroja (FT-IR), Análisis Elemental (CHNO-S), Análisis por BET y Área Superficial Específica (ASE) por fisisorción de nitrógeno. Resultados de DRX mostraron señales (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O, (NH4)4[NiMo3W 3O24H6]•5H2O característico de heteropolioxoanión tipo Anderson para las muestras oxídicas Tabla 1. Por otro lado, los precursores carburados los difractogramas revelaron la presencia de las fases β-Mo2C, NiC, WC, β-W 2C. 175 Tabla 1. Resultados de DRX de los precursores oxídicos y especies carburadas. Solidos Código del sólido Fases de DRX encontradas (NH4)4[NiMo3W 3O24H6]•5H2O NiMo3W 3-O (NH4)4[NiMo3W 3O24H6]•5H2O (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O NiMo6-O (NH4)4[NiMo6O24H6]•5H2O NH4)4[NiMo3W 3O24H6]•5H2O NiMo3W 3-C β-Mo2C, NiC, WC, β-W 2C carburado (NH4)4[NiMo6O24H6] •5H2O NiMo6-C β-Mo2C, NiC carburado Los análisis por IR de los precursores oxídicos mostraron señales de Mo-O2, Mo-O-Mo, Mo-O-W, Ni-O-Mo, W-O-W correspondientes a óxidos mixtos de Ni-Mo-W que son característico de heteropolioxomolibdatos sintetizado, una vez carburados estos precursores solo se encontraron señales Mo-O2 en los espectros IR a causa de la oxidación. Se encontraron isotermas de absorción tipo IV para todos los materiales e histéresis H3, además de presentar bajas áreas superficiales estos posee un tamaño de poro en el rango de mesoporosos. Tanto los precursores y sus homólogos carburo fueron probados en la reacción de hidrodesulfuración de tiofeno, el cual fue pretratado inicialmente con CS2/H2 durante 2 horas a 350°C, mientras que la reacción se realizó a 400°C durante 3 horas. Todos los catalizadores fueron activos para la reacción de HDS de tiofeno siendo los precursores carburados los más activo en comparación con su precursor oxídico en el orden: NiMo 3W 3-C(30%)˃NiMo6-C(16%)˃NiMo6-O(14%)˃NiMo3W 3O(12%) Palabras clave: carburos; heteropolimetalatos; hidrodesulfuración; Catalizador. Tabla de contenido 176 Potencial catalítico de las zeolitas naturales presentes en la formación Combia, Municipio de La pintada (Colombia). J. F.Gelvesa*, G.Sierrab, M. A. Marquezc. a Estudiante Doctorado en Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad Nacional de Colombia, Medellín b Grupo de investigación en catálisis y nanomateriales, Universidad Nacional de Colombia, Medellín. c Grupo de investigación en mineralogía aplicada y bioprocesos, Universidad Nacional de Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Las zeolitas naturales son minerales aluminosilicatos de elementos alcalinos y alcalinotérreos de carácter hidratado cuyo entramado estructural y propiedades químicas hacen que este material tenga gran potencial de aplicaciones .Su capacidad adsorbente y de intercambio iónico, alta área superficial, su acidez y microporosidad son algunas de las propiedades más destacadas. En catálisis diversas aplicaciones se han reportado en la literatura; como craqueo catalítico, isomerización de butano y de hexano, deshidrogenación de propano, degradación catalítica de poliestireno, desmercaptanización de petróleo y productos del petróleo, deshidratación de metanol, oxidación catalítica de amoniaco a nitrógeno ó la reducción catalítica de NOx son algunos ejemplos de la importancia estratégica que representa para un paísel contar con este recurso minero. Luego de concentrar las zeolitas, se realizó un estudio de las propiedades fisicoquímicas del mineral. Las zeolitas procedentes de la formación Combia fueron analizadas mediante el uso de difracción de rayos (DRX, DRX in situ en atmosfera de H2), fluorescencia de rayos X, espectroscopia de infrarrojos con Transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido y de transmisión con detector de rayos X por energía dispersiva, caracterización a temperatura programada (TPD-NH3, TPD -CO2, TPR -H2) y determinación del área superficial mediante adsorción de nitrógeno (modelo BET). Los resultados obtenidos han permitido establecer que la fase zeolitica predominante en el depósito del municipio de la Pintada es la heulandita, con una relación Si/Al entre 3,754,50, con predominio de los cationes de intercambio calcio y potasio. Se evidenció otras fases en cantidad inferior al 5% como la chabazita, phillipsita y mordenita. Fases acompañantes como la celadonita (filosilicato del grupo de las micas rico en hierro, magnesio y potasio) y feldespato tipo plagioclasa están presentes en el material concentrado. 177 Heulandita presenta morfología laminar (Figura 1) y se encuentra por lo general acompañada de una capa de celadonita alterada en su superficie, esta última fase le otorga al material una alta concentración de hierro superficial. La superficie específica del material fue de 33,5 m2/g la cual es baja en comparación con sus homologas las sintéticas, pero aceptab dentro los referentes existentes en la literatura para la heulandita. Los resultados de desorción a temperatura programada revelan la presencia de sitios ácidos (figura 2), típicos en las zeolitas, sin embargo no fue evidenciada la presencia de sitios básicos usando CO2 como adsorbato. Los resultados de TPR-H2 (figura 3) y DRX in situ revelan que es posible reducir el hierro presente en el material zeolitico (el cual corresponde al 3,15% en peso del total de la muestra), se evidenció que este elemento se encuentra mayoritariamente como Fe 2+ siendo muy útil para algunas reacciones de oxireducción. Se evidenció que la fase zeolitica pierde su estructura cristalina por arriba de los 500°C. Las micrografías electrónicas de TEM después de reducción en hidrogeno evidencian la formación de partículas metálicas con una amplia distribución de tamaños, observándose agregados desde 20 nm hasta 100 nm. Los diferentes resultados obtenidos permiten concluir que el posible uso de este material como precursor catalítico se ve limitado a temperatura inferiores a los 500 °C producto de la perdida de la estructura cristalina; es posible mejorar este límite realizando un procesos de intercambio catiónico de calcio, el cual es el responsable de este efecto. La baja presencia de sodio en la zeolita es un hecho interesante que puede favorecer la difusión dentro del material, ya que este se ubica preferencialmente en el canal de mayor tamaño. La superficie específica no es muy elevada pero existen aplicaciones en la literatura dentro de este rango, podría mejorarse mediante tratamiento de desaluminización. Las propiedades acidas de este material pueden ser de gran utilidad en aplicaciones catalíticas relacionadas con la industria del petróleo como las mostradas al inicio de este Resumen. El contenido de hierro presente en el material, su posibilidad de reducción hasta fase metálica y el estado de oxidación en el que se encuentra este, puede conllevar a una variedad de aplicaciones, como por ejemplo la reducción catalítica selectiva de 178 óxidos de nitrógeno. Otros estudios han demostrado que zeolitas con relaciones Si/Al bajas y de poros pequeño como en este caso, pueden llegar a favorecer la conversión y selectividad hacia hidrocarburos en la reacción de reformado de metano empleando catálisis heterogénea asistida con plasma no térmico. Palabras clave: geocatalizador; zeolita natural; precursor catalítico; minerales colombianos. Tabla de contenido 179 Precursores laminares de Ni/Co/Mo y MCM-41 como catalizadores promisorios en reacciones de oligomerización John M. Franco-Ramíreza, Sandra L. Amayaa, Adriana Echavarríaa* a Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín-Colombia. Email: *[email protected] Resumen son sólidos bidimensionales que poseen átomos firmemente ligados entre sí; cada lámina está formada por átomos unidos por enlaces covalentes, mientras las láminas permanecen unidas por interacciones electrostáticas tipo Van der Waals. El uso de materiales laminares como precursores para la obtención de catalizadores tipo óxidos mixtos ha sido reconocido como un método muy prometedor, ya que da lugar a materiales con propiedades químicas y estructurales muy interesantes desde el punto de vista catalítico. Sin embargo, la utilización de un soporte podría conferirle a estos óxidos mixtos mayor área superficial, estabilidad térmica y química; y resistencia mecánica, que podría mejorar la actividad catalítica. Entre las aplicaciones de estos catalizadores se han encontrado trabajos en reacciones de hidrotratamiento, oxidación, deshidrogenación. Con base en lo anterior, y teniendo en cuenta las propiedades que estos materiales poseen surge el interés de estudiar precursores que contengan Ni, Co, Mo y soportarlos en materiales mesoporosos como la MCM-41, para ser valorados en la reacción de oligomerización de olefinas livianas. En este trabajo se sintetizaron tres precursores con composición Ni/Co/Mo. Los materiales bimetálicos se obtuvieron por el método de coprecipitación mientras el trimetálico por el método hidrotérmico. Posteriormente, los precursores se calcinaron a 673 K, temperatura seleccionada a partir de los resultados de análisis termogravimétrico. Los óxidos mixtos obtenidos se denominaron NiMo673, CoMo673 y NiCoMo673. Por separado, se sintetizó el soporte MCM-41 teniendo en cuenta metodologías descritas en la literatura. A través de una mezcla física al 50% p/p, se agregó el óxido mixto en el soporte. Los óxidos mixtos se denominaron NiMo673/MCM-41, CoMo673/MCM-41, NiCoMo673/MCM-41. Paralelamente, se realizó una mezcla precursor laminar con MCM41 al 50% p/p; luego, se calcinó a 673 K, con el fin de determinar el efecto de la temperatura en la obtención de los óxidos mixtos soportados. Una vez caracterizados, se encontró que estos materiales mostraron en los resultados de difracción de rayos X (Figura 1) patrones similares a los obtenidos con los óxidos mixtos soportados en MCMy picos cuando se trataron térmicamente los materiales laminares soportados, lo que sugiere mayor grado de cristalinidad con esta metodología. Adicionalmente, todos los 180 materiales sintetizados se caracterizaron por absorción atómica, donde se confirmó la presencia de estos metales en la composición del catalizador. Al considerar las propiedades estructurales, texturales y de composición de los materiales obtenidos en este trabajo, se prevé que pueden ser promisorios para la reacción de oligomerización de olefinas livianas, debido, no solo a la presencia sitios activos; sino, al carácter mesoporoso que estos materiales poseen, y que influye de manera considerable en dicha reacción. Figura 1. Patrones de Difracción para óxidos mixtos soportados en MCM-41 con: a. Tratamiento térmico antes del mezclado b. Tratamiento térmico posterior al mezclado. Palabras clave: Fase laminar Øy; MCM-41; precursor catalítico, soporte catalítico, oligomerización. Tabla de contenido 181 Preparación de sistemas híbridos M@NTC (Metal-Nanotubos de carbono) por deposición química-catalítica en fase de vapor – CCVD Merlyn Vargasa*, Jaime Gallegob, Alexander Santamariac. a, b, c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA; Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia, 050010. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La tendencia de las nuevas investigaciones en nanotubos de carbono está orientándose a la modificación superficial de estos materiales, lo cual se hace agregando grupos funcionales ya sea orgánicos o inorgánicos, dando lugar a compuestos llamados sistemas híbridos. Recientemente se está desarrollando gran interés por la producción de sistemas híbridos nanopartículas-nanotubos de carbono, debido a que este tipo de modificaciones influencian fuertemente las propiedades físicas de los nanotubos de carbono, potenciándolos para una gran variedad de aplicaciones. Aun así, estos materiales poseen grandes inconveniente debido a la inestabilidad de las nanopartículas metálicas, las cuales pueden sufrir fácilmente procesos de oxidación. En la literatura se han propuesto pasivaciones en atmosfera pobre en oxígeno y cubrimiento de las nanopartículas con otro metal que no sea fácilmente oxidable, como Au y Pt, pero dichas metodologías tienen influencia negativa en las propiedades magnéticas y eléctricas de estos materiales. Con el fin de obtener sistemas híbridos de nanopartículas metálicas encapsuladas en las paredes de nanotubos de carbono o M@CNT, en este trabajo se realizó el cubrimiento con grafeno de nanopartículas metálicas de Fe, Ni y Co soportadas en nanotubos de carbono. Las nanopartículas se impregnaron en la superficie de los nanotubos de carbono y fueron reducidas en un horno a altas temperaturas en atmosfera de nitrógeno. En este procesos obtuvieron tamaños de partícula alrededor de 23 nm. El cubrimiento de las nanopartículas se llevó a cabo por el método catalítico de deposición química de metano, donde las nanopartículas metálicas fueron el catalizador sobre el cual se produjo la descomposición del gas metano, quedando cubiertas por el grafeno producto de dicha reacción. La reacción de deposición de metano se realizó en un horno vertical con un flujo constante de Argón, a una temperatura de 900 °C y realizando pulsos de metano. Los productos de reacción fueron seguidos por espectrometría de masas on-line. Durante los primeros pulsos de metano se observó la producción de H 2, lo que indica que se llevó a cabo la reacción de descomposición del metano. Después de 5 pulsos de metano, la señal se hace constante para este gas y desaparece la producción de H 2 indicando la 182 saturación de los sitios activos (nanopartículas metálicas).Los materiales obtenidos fueron caracterizados usando diferentes técnicas analíticas, tales como: difracción de rayos X, microscopia electrónica de transmisión y espectroscopia Raman. Por difracción de rayos X se observaron los picos de difracción correspondientes a la fase metálica de las nanopartículas (Fe0, Ni0 y Co0) en los materiales finales. Por espectroscopia Raman se corrobora el aumento en el grado de grafitización después del cubrimiento de las nanopartículas con el grafeno. Con microscopía electrónica de transmisión, como se muestra en la figura, se observaron las nanopartículas cubiertas con por lo menos 3 capas de grafeno. Con esto se confirmó la obtención de los sistemas híbridos de nanopartículas metálicas decoradas por grafeno ancladas sobre nanotubos de carbono, lo cual es muy prometedor debido a la alta estabilidad que puede brindar el grafeno a estos materiales. Palabras clave: nanopartículas metálicas; nanotubos de carbono; descomposición catalítica de metano; sistemas híbridos M@NTC. Agradecimientos al proyecto CODI “Síntesis y caracterización de sistemas híbridos metalnanotubos de carbono” y sostenimiento 2014-2015. Tabla de contenido 183 Preparación y caracterización de óxidos de LaMnO3 en forma de polvo y capa delgada por el método de rocío pirolítico. J. M. Rendón, J. S. Valencia, L. C. Moreno-Aldana*. Aplicaciones fisicoquímicas del estado sólido AFES, Laboratorio de catálisis heterogénea, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Bogotá, Colombia, Código postal 11001. Email: *[email protected], [email protected], [email protected] Resumen En este trabajo se prepararon óxidos de lantano y manganeso con estructura perovskita en forma de polvo y capas delgadas por el método de rocío pirolítico a partir de soluciones acuosas de nitrato de manganeso y nitrato de lantano. Las capas delgadas se prepararon por el método de rocío pirolítico pulsado, en el cual el aerosol se aplicó sobre el sustrato de vidrio caliente; como resultado de la evaporación del disolvente y la descomposición de los precursores y la reacción se obtuvieron capas de óxido con espesores que variaron según el volumen nebulizado de disolución. La temperatura del sustrato se varió entre 500 y 700 OC, el volumen de la solución atomizada sobre los sustratos se varió entre 2,0 y 10,0 mL, Las muestras de LaMnO3 en forma de polvo fueron preparadas por el método de rocío pirolítico aplicando un aerosol dentro de un tubo de cuarzo que estaba localizado en un horno tubular a temperaturas entre 500 y 900 OC. En ambos casos el aerosol fue obtenido atomizando con aire a 2 atm de presión una solución acuosa con las cantidades estequimétricas de nitratos de La y Mn con un flujo volumétrico de 2,0 mL/min, las concentraciones de los cationes fueron iguales a 0,1 M cada uno. Se estudió el efecto de la temperatura sobre las propiedades cristalográficas, morfológicas y catalíticas de las muestras de óxidos obtenidas por difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido y en la combustión de metano respectivamente. De los resultados de difracción de rayos X de muestras de LaMnO 3 en forma de polvo se puede concluir que se pueden obtener óxidos LaMnO 3 en pocos segundos con estructura hexagonal con distorsión romboédrica (JCPDS 050-0298) a temperaturas superiores a 700 °C o, sometiéndolas a un tratamiento térmico posterior a temperaturas superiores a 600 OC durante tiempos superiores a 1 hora. Las capas delgadas adquieren la misma estructura cristalina luego de un tratamiento térmico a 600 OC durante dos horas. Mediante análisis de microscopía electrónica de barrido se observó que los catalizadores producidos están conformados por partículas con superficie poco rugosa, en su mayoría de forma esférica y diámetro distribuido de entre 1 y 10μm. La superficie de estas esferas es similar a la superficie de las capas delgadas. Las muestras de LaMnO 3 en forma de polvo presentaron un T50 en la combustión de metano de 525 OC. 184 Palabras clave: Perovskita de lantano; rocío pirolítico; microesfera; capa delgada. Tabla de contenido 185 Preparación y Evaluación de Nanotubos de TiO 2 sensibilizados con Fe3O4 en la oxidación avanzada de soluciones acuosas de glicerol Andrés F. Álvareza*, Martha E. Niñob, Ingrid N. Sequedac. a,b,c Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia (680001). Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen Nanotubos de TiO2 fueron sensibilizados con Fe 3O4 para estudiar su fotoactividad bajo luz visible. Los nanotubos de TiO2 fueron preparados por el método de anodización química utilizando una lámina de Titanio como ánodo. Fe 3O4 fue sintetizado por el método síntesis hidrotermal. La caracterización morfológica fue desarrollada usando microscopia electrónica de barrida de emisión de campo, espectroscopia de energía dispersiva, espectroscopia Raman y espectroscopia de reflectancia difusa UV-Vis. Técnicas electroquímicas como potencial a circuito abierto y voltamperometría de barrido lineal fueron usadas para la caracterización fotoelectroquímica. Absorción en la región visible fue observada para los nanotubos TiO 2 sensibilizados con Fe3O4. Las micrografías SEM mostraron un cubrimiento total de los nanotubos de TiO 2 por parte de Fe3O4. El análisis elemental reveló la presencia de Ti, O, Fe y C. La fase anatasa y las fases espinelas fueron observadas por espectroscopia Raman para los nanotubos de TiO 2 y los nanotubos de TiO2 sensibilizados con Fe3O4, respectivamente. Los resultados de reflectancia difusa mostraron la absorción de luz visible por parte de los nanotubos de TiO2 sensibilizados. El potencial a circuito abierto y la voltamperometría lineal de barrido confirmaron la fotoactividad de los nanotubos de TiO 2 sensibilizados con Fe3O4 en la absorción de luz visible. La actividad fotoelectrocatalítica de los NT-TiO2 sensibilizados en Fe3O4 fue estudiada en la reacción de degradación de soluciones acuosas de glicerol utilizando cromoamperometría como técnica degradativa. El porcentaje de glicerol degradado se cuantificó por cromatografía de gases empleando el método de normalización de áreas. Palabras clave: Nanotubos de TiO2; anodización química; fotoelectrocatálisis; síntesis hidrotermal Tabla de contenido 186 Preparación, caracterización y evaluación de la actividad catalítica de óxidos mixtos tipo perovskitas La0.9Sr0.1BO3 (B=Fe, Co, Mn) en la combustión de metano Edison Zuluaga*, German Sierrab, Astrid Sanchezc, Jaime Gallegod. a,b,d Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia 05001000. c Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia 05001000. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected] Resumen La combustión es un tema que tiene una gran relevancia en la actualidad por sus implicaciones medio ambientales y por el gran interés científico de conocer, modelar e implementar aplicaciones industriales que utilicen este proceso de manera más eficiente. Para mejorar el rendimiento de la combustión es común utilizar catalizadores que ayuden a favorecer la reacción. El metano es uno de los gases más utilizados en la obtención de energía útil a través de la combustión catalítica, donde los óxidos mixtos tipo perovskitas son unos de los catalizadores más atractivos. Estos materiales tienen interesantes propiedades físicas y químicas asociadas a la gran variedad de compuestos que pueden formar esta estructura cristalina, siendo una de ellas la estabilidad térmica. Por lo anterior se prepararon óxidos tipo perovskita La 0.9Sr0.1BO3 (B = Co, Fe, Mn) por el método de autocombustión, con el fin determinar el desempeño de estas perovskitas como catalizador en la oxidación de metano. La cantidad de precursores de cobalto, hierro, lantano y manganeso se ajustó para obtener 1,0 g de cada una de las tres perovskitas después de la etapa de síntesis y calcinación. Se utilizaron precursores de nitrato, se disolvieron con glicina (NH2-CH2-COOH) en agua (100 ml), garantizando una relación molar de NO3/NH2 de 1. La solución resultante se calentó a 150 °C en una plancha con agitación bajo condiciones atmosféricas con el fin de evaporar el exceso de agua; luego se subió la temperatura a 600 °C hasta promover el proceso de autoignición. Cada una de las perovskitas se analizó por la técnica DRX para garantizar la formación de la estructura característica. Posteriormente se evaluó la eficiencia como catalizador en la combustión de metano. La reacción se realizó en un reactor vertical de cuarzo desde temperatura ambiente hasta 900 °C, con incrementos de temperatura de 5 °C/min a presión atmosférica, bajo un régimen estacionario de metano (10 mL/min), oxígeno (20 mL/min) y argón (70 mL/min). La conversión de la reacción se analizó a través de un cromatógrafo de gases a la salida del reactor. Se observa que la perovskita La 0.9Sr0.1FeO3 muestra una menor temperatura que la perovskita La 0.9Sr0.1MnO3 para la conversión de 50 % de CH4. 187 Los resultados obtenidos están en concordancia con los resultados reportados en la literatura y presentan algunas mejoras. La buena actividad catalítica presentada por la perovskita La0.9Sr0.1FeO3 se puede explicar probablemente por la capacidad del Fe 3+ de cambiar su estado de oxidación a Fe4+, adicional a esto el contenido de Sr+2 que sustituye a los cationes La+3, genera vacancias de oxígeno, esto produce una gran movilidad en la estructura de los átomos de oxígeno, estando disponibles para la oxidación de las moléculas adsorbidas. Actualmente se están llevando a cabo experimentos adicionales para determinar las hipótesis planteadas. Palabras clave: autocombustión perovskitas; estructura Tabla de contenido 188 cristalina; combustión catalítica; Procesos Fenton y foto-Fenton para el tratamiento de aguas residuales coloreadas empleando Fe 2O3 soportado en nanotubos de carbono Julián Garcíaa, Alejandro Perezb, Aura M. Pedrozac, Carlos E. Dazad*. a Grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial, Departamento de Microbiología, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. b Grupo de Fitoquímica, Departamento de Química, Pontificia Universidad Javeriana, Carrera 7 No. 43 – 82, Bogotá, Colombia. d Estado Sólido y Catálisis Ambiental, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Carrera 30 No. 45-03, Bogotá, Colombia. a b Email: [email protected], [email protected], c d [email protected], *[email protected] Resumen En el presente trabajo, se propuso el uso del proceso Fenton y foto-Fenton para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con diferentes colorantes usados en las tinciones microbiológicas utilizando como catalizador al Fe 2O3 soportado sobre nanotubos de carbono fabricados por descomposición catalítica de metano. Se estudió el efecto de la concentración de Fe en los catalizadores, la masa del catalizador y la concentración de H2O2. Para cada proceso se diseñó un reactor tipo batch y se utilizaron catalizadores de Fe2O3 en el rango entre 1 y 5 % m/m de Fe. Para la síntesis de los nanotubos de carbono, se utilizaron tres catalizadores óxidos: Ni-Cu-Al, Ni-Mg-Al y Ni-Cu-Mg obtenidos por el método de auto-combustión, en donde se evaluó la composición química del sólido buscando un mayor rendimiento en la producción de los nanotubos de carbono. El catalizador de Ni-Cu-Al presentó los mayores rendimientos en la formación de nanotubos de carbono con una producción de 6,17 ± 0,68 g/g catalizador. Los nanotubos fueron caracterizados usando microscopía electrónica de barrido (MEB) y de transmisión (MET), y espectroscopía Raman. La estructura de los nanotubos fue de pared múltiple, la media de los diámetros externos fue de 44,0 nm y la media de la longitud fue de 237,1 nm con una morfología fibrilar sin algún ordenamiento específico. Para los tratamientos al agua residual, se planteó un diseño estadístico factorial 33 con punto central en el cual se combinó la concentración de H2O2, la masa del catalizador y la concentración de Fe. Los mejores tratamientos fueron aquellos en los que se usó el catalizador con 5 % m/m de Fe, 200 mg y 0,4 M de H2O2 con una remoción de color de 91 (±9) % en la reacción Fenton y 73 (± 1) % en la reacción foto-Fenton. Los procesos estudiados son promisorios para el tratamiento de efluentes contaminados con colorantes. 189 Palabras clave: Fenton; Fotofenton; Nanotubos de Carbono; contaminante; Catalizador; Catálisis Ambiental. Tabla de contenido 190 Producción catalítica de hidrógeno a partir de bioetanol obtenido por fermentación de glucosa Néstor Sáncheza, Bernay Cifuentesb, Ruth Yolanda Ruizc, Martha Cobod*. Universidad de La Sabana, Bogotá, Colombia, 11091. Email: [email protected],[email protected], c [email protected], [email protected] Resumen El aumento de emisiones de gases de efecto invernadero, debido al uso excesivo de combustibles fósiles como fuente de energía, representa un importante reto ambiental. La implementación de nuevos modelos energéticos basados en hidrógeno es una alternativa al uso de combustibles fósiles. Por ejemplo, el uso de hidrógeno en celdas de combustibles genera agua como principal subproducto de la reacción y puede operar a altas eficiencias. Además, el hidrógeno se puede obtener a partir de fuentes renovables como biomasa, mediante la integración de procesos biológicos como la fermentación de azúcares para la obtención de etanol, y procesos químicos como la transformación catalítica de etanol en hidrógeno en presencia de un catalizador. De acuerdo a lo anterior, el objetivo de este proyecto de investigación fue comparar la producción de hidrógeno a partir de bioetanol crudo y bioetanol sintético en presencia de un catalizador de Rh0.4Pt0.6/CeO2. El bioetanol crudo se obtuvo a partir de la fermentación de una solución modelo de glucosa (300 g L-1 glucosa, 21.5 g L-1 peptona, 15 g L-1 extracto de levadura, 0.56 g L -1 Ca3PO4, 1.56 g L-1 MgSO4, pH 5.5) utilizando un inóculo de 10% v/v de levadura (Fermentis®) previamente activada en caldo YPG (extracto de levadura, peptona, glucosa). La fermentación se llevó a cabo en un biorreactor de 3 L a 200 RPM, 30°C y 62 h de incubación. El bioetanol obtenido se sometió a un proceso de purificación en rotoevaporador hasta obtener una relación molar agua: etanol de 3:1. Finalmente, esta muestra se sometió al proceso de reformado con vapor de etanol usando un catalizador Rh0.4Pt0.6/CeO2. Se evaluó la producción de hidrógeno y de otros subproductos de reacción en un rango de temperatura entre 400°C y 700°C. Igualmente se realizó una prueba de estabilidad durante un periodo de 27 horas a 700°C. Este mismo procedimiento se realizó a una muestra de bioetanol sintético (preparado a partir de etanol y agua). Cuando se utilizó bioetanol crudo durante la reacción de reformado catalítico a 700°C, se obtuvo una producción de 14 moles de hidrógeno por mol de etanol alimentado, 3.5 veces más de lo que se obtuvo con bioetanol sintético (4 moles de hidrógeno por mol de etanol alimentado). Las moles adicionales de hidrógeno obtenidas a partir del reformado de bioetanol crudo pueden estar relacionadas con el reformado simultáneo de otros compuestos alifáticos que se generaron en la fermentación y que fueron detectados en la 191 muestra (acetato de etilo, 1-propanol, isopentanol, isobutanol, 1-butanol). Además, hubo un incremento en la producción de monóxido de carbono y metano en el rango de temperatura evaluado. Además, durante la prueba de estabilidad de 27 h a 700 °C, la concentración de hidrógeno en la corriente gaseosa de salida se mantuvo constante (~80% molar) durante el tiempo de reacción y la conversión de etanol fue completa. De esta manera, el bioetanol crudo se puede considerar como una alternativa para la producción de hidrógeno por reformado con vapor. Actualmente se está realizando la caracterización de los catalizadores para determinar sus características antes y después de reacción; y se está evaluando el reformado de cada compuesto detectado en la muestra fermentada para determinar su contribución a la producción de hidrógeno. Palabras clave: Alifáticos; Análisis termogravimétrico; Fermentación; Reformado catalítico, Estabilidad Tabla de contenido 192 Producción de furfural y precursor de alcanos basado en la transformación catalítica de biomasa Valentina Aristizábala, Álvaro Gómez Peñab, Carlos A. Cardonaa,*. a Instituto de Biotecnología y Agroindustria, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Manizales, Colombia. b Departamento de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Manizales, Colombia. a b a,* Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen La incertidumbre sobre las reservas de petróleo y los precios, así como el cambio climático se han convertido en importantes razones para buscar nuevas alternativas para producir productos de valor agregado y combustibles. La demanda de energía ha generado un renovado interés en la producción de combustibles a partir de biomasa. La biomasa lignocelulósica se considera generalmente una materia prima prometedora debido a su disponibilidad en grandes cantidades, su coste relativamente bajo y su potencial de sostenibilidad. El bagazo de caña de azúcar es un residuo fibroso obtenido después de extraer el jugo de la caña de azúcar en el proceso de producción de azúcar. La zoca de café es un corte por encima de la tierra donde la planta de café se cultiva de 15 a 20 cm de longitud y se obtiene mediante la renovación de cultivos. Estos residuos lignocelulósicos se encuentran sobre todo en los países tropicales como Colombia, Brasil, Cuba e Indonesia. Compuestos a base de furanos son productos altamente versátiles y claves utilizados en la fabricación de una amplia gama de productos químicos importantes y pueden servir como precursores para la producción de combustibles para avión (alcanos C7-C15). Los azúcares derivados de biomasa pueden ser convertidos a combustibles convencionales a través de la combinación de reacciones de aldol-condensación e hidrogenación/deshidratación. Muchos autores han realizado un trabajo intenso en esta área, aplicando conceptos de ingeniería molecular para formular estrategias catalíticas y rutas de transformación de biomasa para la producción de componentes de combustibles renovables y sustancias químicas. Teniendo en cuenta los avances en la conversión catalítica de biomasa, este trabajo se centra principalmente en la descripción de un estudio de viabilidad a través de estrategias de simulación en comparación con el trabajo experimental de bagazo de caña de azúcar y zoca de café. Aspen Plus V8.2 se utilizó como herramienta computacional para llevar a cabo la evaluación tecno-económica. Los datos experimentales fueron alimentados al simulador para evaluar la viabilidad del proceso. Las simulaciones y los experimentos se 193 compararon para los siguientes pasos: 1) La hemicelulosa presente en la biomasa se somete a una hidrólisis ácida para formar xilosa, 2) la xilosa se deshidrata para formar furfural, 3) el furfural reacciona con acetona en una reacción de aldol-condensación para formar el precursor de alcanos (4-(2-furil)-3-buten-2-ona), esta reacción fue catalizada por Pd/MgO –ZrO2. El catalizador se sintetizó y se caracterizó estructural y morfológicamente por una amplia gama de técnicas físicas. Como resultado principal, este trabajo demostró que el bagazo de caña de azúcar y la zoca de café son materias primas adecuadas para la obtención de furfural y precursor de alcanos. Palabras clave: Biomasa; bioprocesos; catálisis; métodos experimentales. Tabla de contenido 194 Producción de H2 por reformado con vapor de etanol usando catalizadores de RhPt/CeO2: Efecto de la relación Rh:Pt en el desempeño catalítico Bernay Cifuentesa, Martha Cobob*. a,b Universidad de La Sabana, Chía, Colombia. Email: [email protected], b*[email protected] Resumen La conversión de etanol a hidrógeno se ha propuesto como una estrategia prometedora para desarrollar un modelo energético sostenible; debido a que el hidrógeno se puede usar celdas de combustible para generar electricidad en aplicaciones móviles. Aunque el catalizador RhPt/CeO2 ha sido reportado como activo en el reformado con vapor de etanol para producir hidrógeno, la relación de los metales activos puede tener un efecto sinérgico en la actividad catalítica. En este trabajo se evaluó el efecto de la relación Rh:Pt en la actividad, selectividad y estabilidad de catalizadores de RhPt/CeO 2 en el reformado con vapor de etanol para producir H2. Los catalizadores se prepararon por impregnación húmeda incipiente con diferentes proporciones másicas de Rh:Pt (1:0, 3:1, 1:1, 1:3 y 0:1) y una carga total de metales de 0.8 % en peso. Antes de la reacción, los catalizadores se redujeron en 10% H 2/N2 a 700 °C por 1 hora. El reformado se llevó a cabo entre 400 y 700 °C en un reactor de lecho fijo con 100 mg de catalizador, una relación molar etanol:agua:N 2 de 1:3:51 y una velocidad espacial del gas de 70.600 h-1 a presión atmosférica. Los resultados experimentales se evaluaron con el software Design Expert 8 (Stat-Ease, Inc, USA) con el fin de generar superficies de respuesta que permitieran analizar el efecto de la relación Rh:Pt sobre el desempeño catalítico, determinando las zonas de operación más favorables para obtener mayor producción de H2. El catalizador más activo y selectivo se sometió a pruebas de estabilidad y a 5 ciclos de encendido/apagado durante 72 h, con el fin de determinar la respuesta del catalizador ante cambios repentinos en la operación, lo cual es común en el arranque y parada de los vehículos. Aunque se obtuvo conversión total de etanol por encima de 600 °C en todas las muestras de catalizador evaluadas, los catalizadores bimetálicos mostraron mayor actividad y selectividad que los monometálicos. A menores temperaturas los catalizadores con mayor contenido de Rh (1:0 y 3:1) fueron más activos. Un análisis de las superficies de repuesta arrojó que a 680 °C con el catalizador 1:1 se obtiene una mayor producción de H 2 ( 3.7 mol H2/mol de etanol alimentado), con menor formación de CH 4 y CO en comparación con los demás catalizadores. El catalizador con una relación 1:1 se sometió a pruebas de 195 estabilidad y ciclos de encendido/apagado a 680 °C. Bajo estas condiciones, se no se detectaron cambios en la actividad del catalizador. En las primeras diez horas de estabilidad, se observó CH4 en los productos de reacción, lo que redujo la cantidad de H 2 producido. Sin embargo, la producción de H 2 se estabilizó progresivamente hasta alcanzar el limite termodinámico (4.3 mol H2/mol de etanol alimentado). Por otro lado, se observó una disminución de 5% en la producción de H 2 entre el primer (3.7 mol H2/mol de etanol alimentado) y el segundo ciclo (3.5 mol H 2/mol de etanol alimentado) de encendido/apagado. No se observó ningún cambio significativo en la distribución de productos entre los restantes ciclos. Se pudo concluir que la presencia de Rh favoreció el reformado a altas temperaturas (550 °C) y la presencia de Pt promovió la reacción de desplazamiento de gas de agua a temperaturas inferiores. El catalizador con una relación Rh:Pt de 1:1 conservó su actividad durante 27 horas de operación y disminuyó levemente la selectividad a H 2 ante ciclos de encendido/apagado, mostrándose prometedor para la producción de H2 a partir de etanol. Palabras clave: reformado con vapor; etanol; hidrógeno; catalizadores Rh-Pt; CeO2. Tabla de contenido 196 Producción en una sola etapa de 5-hidroximetilfurfural (HMF) a partir de glucosa con el uso de óxidos básicos-ácidos (LaOx/Nb2O5) David Silvaa*, José Martíneza, Hugo Rojasa, Eliana Nopea. a Escuela de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia UPTC, Avenida Central del Norte, Vía Paipa, Tunja, Boyacá, Colombia. Email: *[email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Resumen El propósito de este trabajo es evaluar las características base-ácido de LaOx-Nb2O5 en la isomerización de la glucosa en fructosa y la deshidratación de fructosa a 5hidroximetilfurfural (HMF) en un medio acuoso; la figura 1 expresa la reacción estudiada. La reacción implica inicialmente la isomerización de glucosa a fructosa la cual necesita de sitios básicos para facilitar la reacción de isomerización los cuales son proporcionados por el lantano en la superficie del catalizador; el proceso de deshidratación de fructosa a HMF se ve favorecido con la presencia de sitios ácidos proporcionados por el óxido de niobio. Para ello se impregnó LaCl3 en distintas proporciones (1%, 3%, 5%) sobre Nb 2O5 (99.99, Sigma-Aldrich) y se calcinaron a 773K en atmósfera de aire. Los análisis por difracción en rayos X (DRX) muestran que la impregnación de las especies de LaCl3 en el óxido de niobio no representa un cambio significativo en la cristalinidad del material. Los resultados de fisisorción de nitrógeno a 77 K muestran que al incorporar especies de lantano sobre el óxido de niobio el área superficial disminuye con respecto a la del sólido comercial siendo todas menores a 10 m2/g. Los análisis de TPD-NH3 y TPD-CO2 para LaOX/Nb2O5 muestran tres tipos de acidez, presentando un mayor área los sitios ácidos débiles; los resultados sugieren que la producción de HMF está relacionada con la cantidad de sitios básicos débiles (aportados por los compuestos LaO X) los cuales 197 favorecen la isomerización de la glucosa en fructosa mientras que los sitios ácidos moderados y fuertes (Nb2O5) favorecen no sólo la conversión de glucosa sino también la formación de HMF, pero se evidencia la descomposición de HMF en ácidos orgánicos y huminas. El test catalítico se estudió en un reactor tipo batch en ambiente de oxígeno, a distintas temperaturas (433K, 453K, 473K), el seguimiento de la reacción se realizó en un cromatógrafo de líquidos HPLC con detectores de UV-Vis e índice de refracción. Se observó que la temperatura de reacción es un factor influyente en la conversión de la glucosa pues se obtuvo una conversión total a las siete horas de reacción a 473K. Para el caso del rendimiento de HMF (72% para el sólido de 3% de lantano) este también se ve favorecido con el incremento de la temperatura, sin embargo este proceso genera un incremento en la formación de compuestos indeseables como lo son las huminas y el ácido levulínico en especial para el caso del catalizador al que se le soporto un 1% de lantano. Palabras clave: Biomasa; Glucosa; HMF; catalizadores heterogéneos Agradecimientos Los autores agradecen a la Colciencias por el apoyo financiero a través del contrato 047 Colciencias -UPTC. Tabla de contenido 198 Producción sostenible de biodiesel a partir de ácido esteárico empleando un nuevo catalizador heteropoliácido de Preyssler Cristian Torresa, Jesus Coralb, Manuel Figueredoc, Gustavo Romanellid, Martha Coboe*. a,b, c, e Universidad de La Sabana, Chía, Colombia. d Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires, Argentina. Email: [email protected], [email protected]: c [email protected], [email protected], e [email protected] Resumen En vista de la alta dependencia del petróleo y la necesidad de innovar en los métodos convencionales de producción de biocombustibles, se ha propuesto un nuevo método para la producción de biodiesel a partir de ácido esteárico y etanol empleando un nuevo catalizador heteropoliácido de Preyssler. Teniendo en cuenta que los métodos convencionales de producción de biodiesel emplean catalizadores alcalinos (NaOH y KOH) para la transesterificación de aceites, se han reportado bajos rendimientos de esta ruta de síntesis debido a la presencia de ácidos grasos y humedad, los cuales neutralizan los catalizadores y generan reacciones secundarias indeseables. Si se extrae ácido esteárico de aceites vegetales como el aceite de Jatropha y si se emplea bioetanol como materia prima se propondría una ruta de síntesis alternativa para lograr una producción más sostenible de biodiesel. Por lo tanto, se propuso una ruta de síntesis empleando un nuevo catalizador heteropoliácido de Preyssler soportado en silica gel que permite llevar a cabo la esterificación de ácido esteárico en fase heterogénea. Esta tecnología favorece la separación de los componentes, elimina el uso de solventes orgánicos peligrosos para el ambiente y permite la recuperación de catalizador. Por lo tanto, para diseñar un proceso de producción de biodiesel se realizó un análisis termodinámico de la esterificación para determinar las condiciones adecuadas de experimentación por medio de un diseño experimental donde se varió la temperatura (56.27, 60, 69 y 78°C) y la relación de alimentación acido/etanol (1:8, 1:9, 1:11, 1:12 y 1:13). El análisis se realizó utilizando el Software Aspen Plus. Se obtuvo una superficie de respuesta de la conversión en función de estos factores y se optó por seleccionar una temperatura de 78°C y una relación acido/etanol de 1:11 para obtener una conversión máxima en el equilibrio del 91.15%. Seguidamente, se realizó un diseño de experimentos con la relación acido/etanol seleccionada para determinar una pseudocinética de la reacción catalítica y un análisis de Arrhenius variando la temperatura en diferentes niveles (78, 75 y 70°C). Se especificaron las constantes de reacción, las energías de activación (69.17 kJ/mol y 5.01 kJ/mol) y los 199 factores de colisión para la reacción directa e inversa y se determinaron los perfiles de concentración de las especies reactantes. Mediante un análisis estadístico se obtuvieron coeficientes de determinación superiores a 0.95 para los perfiles de concentración en función de la temperatura con una concentración de catalizador de 2.30 mg/ml. Se obtuvo una conversión experimental de 70% de ácido esteárico en 20 h de reacción con las condiciones seleccionadas previamente, puesto que la velocidad de la reacción directa es superior a la de la reacción inversa en el rango de temperatura estudiado debido a los factores de colisión obtenidos. Finalmente, se puede concluir que esta nueva ruta de síntesis es promisoria puesto que presenta conversiones altas, facilita la separación de los componentes y podría ser escalada. Actualmente se está realizando el diseño del proceso en Aspen Plus. Palabras clave: esterificación. Ácido esteárico; Biodiesel; Tabla de contenido 200 Catalizador heteropoliácido; Propiedades fotoelectrocatalíticas de películas sol-gel de TiO2 dopadas con boro/óxido de grafeno depositadas en Ti para la oxidación de glicerol Federico J. Mancillaa, Silvia F. Rojasa, Andrés F. Gualdrona, Martha E. Niñoaa*. a Centro de Investigaciones en Catálisis - CICAT, bCentro de Materiales y Nanociencias (CMN), Universidad Industrial de Santander, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander), Colombia, C.P. 681011. Email: [email protected], [email protected], [email protected], *[email protected]. Resumen Las películas de TiO2 dopadas con boro/óxido de grafeno fueron preparadas por el método sol-gel y depositadas sobre sustratos de Ti con una, dos y tres capas mediante la técnica dip-coating. La superficie de las películas fue caracterizada por Microscopia Electrónica de Barrido de Emisión de Campo, Difracción de Rayos X con Incidencia Rasante y Espectroscopia Raman, mientras que sus propiedades fotoelectrocatalíticas fueron estudiadas mediante mediciones de voltamperometría bajo luz visible. Las micrografías presentan una superficie fracturada como resultado del incremento de la presión capilar en las películas durante el secado. Al aumentar el número de capas se incrementa la cantidad de fracturas. Los patrones de difracción y los espectros Raman muestran que la fase anatasa fue obtenida en las películas durante el tratamiento térmico a 450°C. La película de TiO 2 dopada con boro/óxido de grafeno empleada como fotoánodo genera una mayor fotocorriente que la película de TiO 2 y TiO2 dopada con boro. Esto se debe a que el boro extiende la respuesta espectral del semiconductor hacia la región visible, fotogenerando más electrones para ser transportados hacia el circuito externo de la celda mediado por el óxido de grafeno. En presencia de glicerol, la fotocorriente obtenida por la película de TiO 2 dopada con boro/óxido de grafeno es incrementada debido a la inyección de electrones por medio de la oxidación del compuesto orgánico en la interface película/solución electrolítica. Palabras clave: película de TiO2 dopada con boro/óxido de grafeno, transporte de electrones, fotocorriente, luz visible. Tabla de contenido 201 Pt Nanoparticle/Graphene Oxide Modified Screen-Printed Electrodes for Amperometric Detection of H2O2 Marcela Ayala-Toroa, Oscar Loaizab*, John E. Ortiz-Restrepoc, Julián Diel Urrestad, William H. Lizcano-Valbuenae. Universidad del Valle, Cali, Colombia A.A 25360 Email: [email protected], [email protected], c [email protected], [email protected], e [email protected]. Abstract Nanostructuring electrode surface represents an effective way to increase sensitivity and selectivity in electrochemical sensors. In particular, carbon nanostructures, i.e. graphene, promote electron transfer reactions at low overpotentials, which has motivated extensive coupling of these nanomaterials with enzymes in biosensors. Modification of graphene with Pt nanoparticles enables further lowering of the overpotential for amperometric detection of H2O2, the enzymatic by-product of oxidase-based biosensors and hence of great relevance. Pt nanoparticle deposition on Carbon Nanotubes/Carbon Nanofibers /Graphen Oxide-modified electrodes is normally conducted by electrochemical methods, which leads to large particles and broad size distributions and cannot be regarded as a fast and large-scale preparation method. Figure 1. (A) Amperometric signals at different potentials obtained for PtNPs/GO–SPCEs. 1 mM H2O2 in 0.1 M PB, pH = 7.0. (◄) 0 μg PtNPs/GO; (■) 4 μg PtNPs/GO; () 8 μg PtNPs/GO (▲) 12 μg PtNPs/GCNF (►) 16 μg PtNPs/GO (♦) 20 μg PtNPs/GO. (B) Cyclic voltammetry for ( ____ ) bare SPCE (0.1 M PB, pH = 7.0) (- - - -) bare SPCE (1 mM H2O2 in 0.1 M PB, pH = 7.0). (____) PtNPs/GO–SPCE (0.1 M PB, pH = 7.0) (- - - -) PtNPs/GO–SPCE(1 mM H2O2 in 0.1 M PB, pH = 7.0 202 Here we will show the excellent sensing properties of nanostructured homemade screenprinted electrodes prepared by drop casting solutions of graphene oxide decorated with well-dispersed ultra-small Pt nanoparticles featuring very narrow size distribution (2-3 nm). The Pt/Graphene Oxide composites are prepared by chemical reduction of the Pt precursor via polyol method. The analytical features for H 2O2 detection of GrapheneOxidemodified Screen-Printed Electrodes with Pt nanoparticles deposited by electrochemical and chemical routes (with same Pt loading per sensor) have been compared. Results obtained show that Pt utilization in the composites prepared by the chemical route is much higher, leading to considerably higher sensitivity at a low detection potential (+0.3 V vs Ag/AgCl pseudoreference electrode, than the electrochemically prepared ones. The good electroanalytical properties of these Pt/Graphene Oxide composites combined with the intrinsic advantages of Screen-Printed Electrodes technology represent a promising alternative towards the development of a straightforward, reproducible and large-scale production method of oxidase-based biosensors. Key Words: Screen-Printed Electrodes; Platinum Nanoparticle/Graphene Oxide; Amperometric; Biosensors. Tabla de contenido 203 Reactividad del dibenzotiofeno sobre catalizadores Pd-Pt/Al2O3SiO2: más allá de la hidrodesulfuración Sergio A. Rincóna, Oscar H. Ojedab, Sonia A. Giraldoc, Víctor G. Baldovino Medranod*. Centro de Investigaciones en Catálisis (CICAT), Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander (UIS), Bucaramanga, Colombia, C.P. 680011. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected]. Resumen La eliminación del azufre contenido en moléculas refractarias a la hidrodesulfuración presentes en el diésel sigue siendo objeto de investigación. Se ha estudiado la reactividad de compuestos refractarios del tipo dibenzotiofeno sobre catalizadores basados en nanopartículas metálicas Pd-Pt bajo condiciones que favorecen la eliminación; directa o mediada por hidrogenación, del heteroátomo de azufre de los dibenzotiofenos. De otra parte, investigadores han reportado que óxidos ácidos (zeolitas) como soportes de nanopartículas Pd-Pt puede llevar a reacciones de craqueo del dibenzotiofeno. Sin embargo, a nuestro saber, no se ha realizado un estudio sistemático sobre la reactividad del dibenzotiofeno sobre nanopartículas Pd-Pt soportadas en óxidos de acidez variable. En este trabajo se demuestra que la acidez del soporte de nanopartículas Pd-Pt controla de manera fuerte la reactividad del dibenzotiofeno llegando a promover un craqueo total de los productos de reacción durante la hidrodesulfuración. La metodología empleada consistió en sintetizar una familia de catalizadores Pd-Pt soportados en aluminosilicatos de relaciones molares Si/(Si+Al): 0; 0,1; 0,5; 0,9 y 1, y evaluarlos en la hidrodesulfuración de dibenzotiofeno en un reactor continuo de lecho fijo variando la temperatura entre 310 - 396°C bajo una presión de H2 de 5 MPa. Los resultados de las pruebas arriba mencionadas mostraron cómo se puede controlar la selectividad en la reacción de hidrodesulfuración a partir de la relación Si/(Si+Al) del soporte. Los resultados presentados en la Figura 1 ilustran claramente este fenómeno. En particular, la Figura 1 ilustra cómo aquellos catalizadores soportados en los aluminosilicatos de mayor contenido de silicio: Si/(Si+Al) = 0.5 y 0.9, i.e. de mayor acidez; promueven el craqueo del dibenzotiofeno (representado en la Figura por la pérdida en el balance de carbono de la reacción) a medida que aumenta su actividad catalítica (representada allí por la constante global de velocidad de reacción –kHDS–). Esta tendencia se corroboró a través de una caracterización por GC-MS de los productos de reacción que condujo al establecimiento de un nuevo esquema de reacción para la hidrodesulfuración de dibenzotiofeno. 204 Fig. 1 Craqueo de dibenzotiofeno, expresado como porcentaje de pérdida en el balance de carbono, en función de la constante global de velocidad, kHDS, para catalizadores Pd-Pt soportados en Si/Si+Al=0 [♦], Si/Si+Al=0,1 [■ ], Si/Si+Al=0,5[●], Si/Si+Al=0,9 [▲ ] y Si/Si+Al=1,0 [x]. La caracterización fisicoquímica de los catalizadores, realizada mediante pruebas de fisisorción de nitrógeno –para análisis texturales–, distribución de afinidad protónica –para acidez– y difracción de rayos-X –para estructura cristalina–, mostró que las tendencias observadas en la reacción de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno están ligadas a cambios estructurales en los aluminosilicatos preparados que también son función de la relación Si/(Si+Al) de los catalizadores. Palabras clave: hidrodesulfuración; dibenzotiofeno; aluminosilicatos; craqueo; acidez. Tabla de contenido 205 Sensibilización de nanotubos de TiO2 con Bi2O3 para la oxidación fotoelectrocatalítica de glicerol bajo luz visible Diego F. Riveraa, Lina J. Hoyosa, Andrés F. Gualdrona, Jose L. Roperoa, Martha E. Niñoa,b* a Centro de Investigaciones en Catálisis - CICAT, b Centro de Materiales y Nanociencias (CMN), Universidad Industrial de Santander, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander), Colombia,C.P. 681011. Email: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]. Resumen Nanotubos de TiO2 fueron sensibilizados con un sol de bismuto. Los nanotubos de TiO 2 fueron sintetizados por anodización electroquímica. Los materiales fueron caracterizados por Microscopia Electrónica de Barrido, Difracción de Rayos X con Incidencia Rasante, Espectroscopia Raman y medidas de voltamperometría. Los resultados de microscopía muestran que se obtuvieron nanotubos con una longitud y un diámetro promedio de 2 μm and 100 nm, respectivamente. Los patrones de difracción de rayos X evidencian la presencia de la fase anatasa en los nanotubos. La presencia de la fase β del Bi 2O3 fue verificada por espectroscopia Raman. Los nanotubos fueron sensibilizados con 1, 2, 3 y 4 capas de un sol diluido de bismuto y con tres capas de un sol concentrado de bismuto. En la película con 3 capas de sol diluido de bismuto se observó la mayor fotocorriente. Este comportamiento es debido a que el Bi 2O3 extiende la absorción de luz visible ya que promueve la inyección de electrones. De esta forma se incrementa el flujo de electrones en la celda. Un exceso del sensibilizador promueve el incremento de centros de recombinación en los nanotubos, disminuyendo la eficiencia del transporte electrónico. Por otra parte, el material exhibió una alta actividad durante la oxidación de soluciones acuosas de glicerol 1 M bajo irradiación con luz visible, observándose una mayor velocidad de oxidación que en nanotubos sin sensibilizar. Palabras clave: nanotubos de TiO 2, sensibilizador, Bi2O3, fotoelectrocatálisis, transporte de electrones, fotocorriente, glicerol. Tabla de contenido 206 Síntesis de 2-arilpiridina mediante la reacción de Hantzsch utilizando una ftalocianina sulfonada de cobre Laura M. Sáncheza, Ángel G. Sathicqb, Gustavo P. Romanellic, Lina M. Gonzálezd*, Aida L. Villae a,b,c Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA), CCT-La Plata-CONICET, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina, B1900AJK. d,e Grupo Catálisis Ambiental, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. Email: [email protected], [email protected], [email protected], d [email protected], [email protected] Resumen Los compuestos basados en 2-arilpiridinas se utilizan como intermedios en la síntesis de compuestos farmacéuticos y como materiales funcionales en la química supramolecular y de coordinación. El método más común para la síntesis de 2-arilpiridinas está basado en la reacción de acoplamiento de 2-metalopiridina con un haluro de arilo; sin embargo, las 2-metalopiridinas suelen ser inestables y tienen una baja compatibilidad con sus sustituyentes. Adicionalmente, los métodos para la síntesis de 2-arilpiridinas basados en el uso de N-óxido de piridina o en la activación de los enlaces C-H de la piridina, presentan en general bajos rendimientos y eficiencias. Se reportó recientemente la producción de 2-arilpiridinas mediante la reacción de Hantzsch, la cual es una reacción multicomponente de economía atómica alta, en la que tres reactivos se incorporan en un único producto final con agua como subproducto de reacción. Los dos intermediarios formados sufren adición de Michael 1,2 ó 1,4 dependiendo de las condiciones de reacción, y generan respectivamente 1,4dihidropiridinas ó 2-arilpiridinas, dependiendo de la temperatura y de la naturaleza del catalizador. En este trabajo se presenta el uso de una ftalocianina de cobre sulfonada soportada en silica amorfa (CuPcS-SiO2) como catalizador con una concentración de 0.2 mmol %, en la reacción de Hantzsch para la síntesis de 2-arilpiridina sin solvente a temperatura y presión ambiente, partiendo de benzaldehído (1) (1 mmol), acetoacetato de etilo (2) (2 mmol) y acetato de amonio (3) (1,2 mmol). Los principales productos de reacción identificados por cromatografía gaseosa, Figura 1, fueron un compuesto intermedio no identificado (4) que probablemente es debido a la ciclación, 2-arildihidropiridina (5), 2-arilpiridina (6) y 1,4dihidropiridina (7). 207 4 1 2 5 6 3 7 Figura 1. Reacción de Hantzsch con el catalizador CuPcS-SiO2 Se encontró que bajo las condiciones de reacción, es posible lograr una conversión del 100 % y que la distribución de los productos varió de 4 a 24 h. La selectividad hacia el compuesto 4 disminuyó de 47 a 7 %, a 24 h de reacción no se detectó el compuesto 3 que había mostrado una selectividad del 24 % a 4 h de reacción; la selectividad de 1 se mantuvo constante en 7 % y la selectividad al producto deseado, 2, aumentó de 22 a 85 %. Estos resultados sugieren que el catalizador CuPcS-SiO2 es un material bi-funcional ya que en la reacción de Hantzsch requiere características ácidas para la formación de 3, y características redox para lograr la deshidrogenación (oxidación) en presencia de aire y formar así el compuesto 2. Palabras clave: 2-arilpiridina; reacción de Hantzsch; ftalocianina de cobre. Tabla de contenido 208 Síntesis de AlPOs y SAPOs y su evaluación catalítica en oligomerización de propileno Jorge Ruiz Llanoa, Camilo Arroyaveb, Johana Arboledac, Adriana Echavarría Isazad. a,b,c,d Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín, Colombia a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] d [email protected] Resumen Los AlPO-5 y AlPO-11 son mallas moleculares pertenecientes al grupo de aluminofosfatos (AlPOs). Otras mallas moleculares como SAPO-5 y SAPO-11 son estructuras cristalinas similares a la de AlPO-5 y AlPO-11, pertenecientes al grupo de los silico-aluminofosfatos (SAPOs). En los SAPOs se han encontrado interesantes propiedades catalíticas para transformación de hidrocarburos. El SAPO-5 por ejemplo, presenta gran interés en la catálisis heterogénea por su tamaño de poro grande y por su estructura. En el presente trabajo se sintetizaron AlPO-5, AlPO-11, SAPO-5 y SAPO-11, modificando sus propiedades catalíticas por impregnación con cromo y níquel. Estos catalizadores fueron probados en la reacción de oligomerización de propileno con miras a desarrollar alternativas de producción de combustibles amigables con el ambiente. Las mallas moleculares se sintetizaron vía hidrotérmica, sometiendo los geles obtenidos en cada procedimiento a temperaturas entre 90°C y 200°C durante un tiempo determinado. Los productos fueron recuperados por filtración al vacío y secados a 100 °C. La composición de los catalizadores fue modificada por impregnación con Ni+2 y Cr+3 al 3 y 5% en peso del metal, a partir de nitratos hidratados. Los catalizadores fueron caracterizados por difracción de rayos X, análisis térmico diferencial y análisis termogravimétrico, espectroscopía de absorción atómica, desorción a temperatura programada y microscopía electrónica de barrido. Los ensayos catalíticos se llevaron a cabo en un reactor de lecho fluidizado con 1 g de catalizador, flujo de propileno de 30 mL/min, temperatura de 270°C y 26 bar de presión manométrica. La cuantificación de los productos de reacción se realizó por cromatografía de gases con un detector FID y una columna DB1. 209 b d a c Figura 2. DRX catalizadores sintetizados. a) AlPO-5, b) SAPO-5, c) AlPO-11 y d) SAPO-11. Tabla 1. Conversión de propileno y selectividad Catalizador AlPO-11 Cr/AlPO-11 Ni/AlPO-11 AlPO-5 Cr/AlPO-5 Ni/AlPO-5 SAPO-5 Cr/SAPO-5 Ni/SAPO-5 Impr. (%) Máx. Conversión (%) 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3.01 8.31 7.68 4.79 6.01 5.67 23.72 18.16 14.08 4.85 15.00 6.71 8.30 9.52 9.60 Fracción de oligómero (%) C5-C7 C8-C12 C12+ 1.68 6.79 5.93 3.57 3.01 1.46 4.22 3.50 2.07 1.32 7.96 4.35 2.89 6.62 6.98 0.45 1.03 1.06 0.03 0.03 0.52 6.69 4.69 3.13 0.91 3.00 1.28 1.40 2.07 1.78 0.88 0.32 0.57 0.96 2.71 3.23 11.39 8.97 8.53 2.27 2.00 0.15 2.01 0.08 0.06 Los patrones de difracción (Figura 1) fueron comparados con los datos reportados en Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, revelando la presencia de la estructura AFI en AlPO-5/SAPO-5 y AEL en AlPO-11/SAPO-11 sin la evidencia de otras fases cristalinas. Los datos arrojados para la actividad catalítica (Tabla 1) revelan que en los materiales sin modificaciones, el SAPO-5 presentó una mayor conversión que los aluminofosfatos AlPO-5 y AlPO-11. La actividad catalítica del SAPO se puede atribuir a la sustitución isomórfica de Si por P que le confiere a la estructura una carga neta negativa con cationes intercambiables y por consiguiente sitios ácidos Brönsted que favorecen el curso de la reacción. No obstante las selectividades presentadas por estos materiales difieren considerablemente: para el SAPO-5 y AlPO-11 se favoreció la producción de dímeros (C5-C7), mientras que para el AlPO-5 se favoreció la producción de tetrámeros (C12+), características asociadas a la diferencia en el tamaño de poro de ambos materiales. Adicionalmente, los catalizadores modificados con Ni +2 y Cr+3 mejoraron su actividad catalítica, hecho que puede ser atribuido al carácter bifuncional asociado a estos 210 metales y que le confieren a los materiales una mayor fuerza acida e introducción de centros de coordinación que el mecanismo de la reacción ayuda a la formación de carbocationes. Palabras clave: oligomerización; propileno; malla molecular; aluminofosfato. Tabla de contenido 211 Síntesis de óxidos de cerio dopados con praseodimio por el método de polimerización-combustión para aplicaciones anódicas en pilas de combustible de óxido solido Andrés Felipe Cruz Pachecoa*, Jairo Alberto Gómez Cuaspuda. a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia, Av. Central del Norte 39115. Email: a*[email protected], [email protected] Resumen Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de seis óxidos basados en el sistema Ce1-xPrXO2 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0,8 y 1.0), mediante el método de polimerizacióncombustión con ácido cítrico, con el propósito de obtener materiales con aplicaciones como componentes electródicos en pilas de combustible de óxido sólido. Inicialmente los precursores sólidos se caracterizaron por espectroscopia infrarroja (FTIR) y análisis térmico (TGA-DTA), permitiendo determinar la formación de especies tipo citrato como complejos de coordinación y la temperatura ideal de tratamiento térmico para la consolidación de la fase cristalina buscada. Los análisis de difracción de rayos X (DRX) y de microscopia electrónica de transmisión (TEM), realizados sobre las muestras ya calcinadas proporcionaron información acerca de la formación de una fase fluorita prevalente con morfología y propiedades superficiales, consistentes con una serie de agregados nanométricos (42 nm) con forma regular, orientados en el plano (111), con distancias interplanares de 0,31 nm para la principal línea de difracción. Estos resultados indican la efectividad del método de síntesis, en el cual el efecto del ácido cítrico es crucial en el establecimiento de los compuestos de coordinación que favorecen el desarrollo de materiales altamente homogéneos con propiedades mejoradas para numerosas aplicaciones, ya que implica la preservación de características superficiales de gran importancia en el desarrollo de procesos catalíticos relacionados con la obtención de hidrogeno, para una potencial aplicación como electrocatalizadores anódicos en las pilas de combustible de óxido sólido. Palabras clave: Fluoritas; Óxidos de cerio; Pilas de combustible; Polimerizacióncombustión. Tabla de contenido 212 Síntesis de Zeolita A y X a partir de cenizas volantes para su uso en la remoción de cromo. Juan Camilo Arroyave, Paula Bedoya, Johana Arboleda, Adriana Echavarria, Dora Hoyos Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín, Colombia Email: [email protected], [email protected] [email protected] Resumen En el presente trabajo, se sintetizaron mallas moleculares tipo A y/o X a partir de cenizas volantes. El objetivo consistió en darle un uso adecuado a un material que surge como subproducto de equipos de proceso tales como ciclones, intercambiadores de calor, entre otros. En este sentido, se habla de la reutilización de un residuo sólido que presenta una composición química alta en sílice y alúmina, lo cual le confiere la posibilidad de tener un uso potencial en la síntesis de zeolitas. El uso de zeolitas es amplio en el ámbito de procesos químicos debido a sus características fisicoquímicas como el tamaño de partícula, porosidad, y capacidad de intercambio iónico que las hace adecuadas como adsorbentes y catalizadores. La síntesis de zeolitas se ha desarrollado convencionalmente por cristalización hidrotérmica, sin embargo, la implementación de etapas anteriores y/o posteriores como la fusión alcalina ha mejorado ostensiblemente el rendimiento de la reacción. En la etapa de fusión alcalina la mezcla ceniza/agente mineralizante (NaOH) se realizó en relación (1/1.2 en peso). La mezcla se calcinó en cápsula de platino a 700 °C durante tres horas a una velocidad de 5 °C/minuto. Posterior a ello, la mezcla resultante se mezcló con agua en una proporción ceniza calcinada/agua: 0.2046 g/ml. Dicha mezcla se dejó en agitación continua por 24 horas, luego del cual el gel resultante se cristaliza en reactor batch a una temperatura de 100 ºC por tiempos de 7 y 24 horas. Los materiales caracterizados por difracción de rayos X se calcularon porcentualmente mediante un refinamiento cuantitativo realizado con el programa High Score Plus, como se muestra en la Figura 1. Los resultados revelan que se logró sintetizar satisfactoriamente zeolita A y/o X, a partir de cenizas volantes con trazas de zeolita TMA, cuarzo, sodalita, mulita entre otras. 213 Figura 1. Difractogramas con cuantificación porcentual para zeolitas a partir de CMTI, CBTI y CMA Posteriormente, centramos la atención en la remoción de cromo de soluciones mediante el uso de estos materiales. Los intercambios iónicos fueron realizados bajo agitación continua a partir de distintas cantidades del material con soluciones de 42, 88 y 130 ppm de Cr(III) a diferentes tiempos de exposición. Los análisis de cromo se determinaron por espectroscopia de absorción atómica. Los datos obtenidos de la capacidad de remoción Cr (III) de estas zeolitas revelan que a medida que se aumenta la cantidad de material y el tiempo de contacto su capacidad de absorción aumenta. Algunos datos experimentales a un tiempo de 20 min son mostrados en la figura 2. Finalmente, los datos experimentales fueron ajustados a los modelos isotérmicos de Langmuir y Freundlich. ppm (Cr) 50 CBTI 40 CMTI 30 CMA 20 JMn CCTR 10 0 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005 mg zeolita/ml solucion Cr 88 ppm CHI E1 CHI ETR Figura 2. Efecto del contenido de zeolita en la remoción de Cr(III). Palabras claves: cenizas volantes, fusión alcalina, zeolita A y/o X, remoción Cr(III) Tabla de contenido 214 Síntesis de zeolita ZSM-5 a partir de cenizas residuales de industrias minera y manufacturera. Juan Camilo Arroyave, Andrés Julián Acevedo, Johana Arboleda, Adriana Echavarría, Dora Hoyos Grupo Catalizadores y Adsorbentes, Universidad de Antioquia calle 70 # 52-21, Medellín, Colombia Email: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]. Resumen Hoy en día se han creado un sin número de leyes y normas en pro del cuidado del medio ambiente en el que coexistimos ya que muchas industrias de procesos químicos son potencialmente contaminantes y están afectando el bienestar común de las personas; estos hechos han obligado a que los procesos de producción de las empresas sean modificados y hagan un ajuste en los estándares de investigación de manera que puedan ser de nuevo circunscritos dentro de dichos estatutos. Uno de los ejes principales bajo las cuales las industrias han empezado a modificar sus procesos, es el uso de catalizadores ambientalmente amigables como las zeolitas. Este tipo de materiales poseen propiedades tales como alta estabilidad térmica, capacidad de adsorción y selectividad de forma con diversas aplicaciones como intercambiadores iónicos yen catálisis. En este trabajo se presenta un método de síntesis de zeolita ZSM-5 ambiental y económicamente amigable desde el punto de vista de la reutilización de cenizas que actualmente son desaprovechadas por las industrias mineras y manufactureras. El desarrollo experimental del presente trabajo fue realizado con 9 cenizas diferentes, ricas en alúmina (Al2O3) y sílica (SiO2), que fueron enviadas por distintas industria en el valle de aburrá. Las cenizas antes de someterlas al proceso de síntesis fueron calcinadas en base alcalina en relación en peso ceniza/NaOH=1/1.2. La síntesis se realizó mediante proceso hidrotermal y cristalización en un reactor autoclave de acero inoxidable con recubrimiento interno de teflón por 24 horas. Los materiales fueron caracterizados por difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, microscopia electrónica de barrido, área superficial y análisis térmico. 215 Tabla 1. Análisis químico cenizas residuales de industria minera y manufacturera %COMPUESTO ETR EA CCTR JMn CMA CHI CMTI CBTI CTBI Al2O3 27.38 31.48 20.97 15.01 21.63 33.68 31.2 33.84 33.61 SiO2 35.34 46.72 25.47 46.73 27.16 44.41 45.52 43.41 45.22 Óxidos Metálicos 13.80 13.41 18.27 33.08 17.57 19.89 21.56 20.70 18.60 Se logró sintetizar satisfactoriamente la zeolita ZSM-5 con una relación Si/Al=10, a partir de distintos residuos industriales. Los patrones de difracción (Figura 1) fueron comparados con los datos reportados en 00-043-0322 de la base de datos PDF-4, revelando la presencia de la estructura MFI sin la evidencia de otras fases cristalinas. Más aun la línea base de los difractogramas fue recta, lo que implica la ausencia de fases amorfas. Es evidente de los patrones de difracción de rayos X que el porcentaje de cristalinidad disminuye progresivamente al encontrar una mayor cantidad de metales y/o menor relación Si/Al en la cenizas, como se muestra en la tabla 1. Figura 1. Difracción de rayos X para la ZSM-5 realizadas a partir de cenizas residuales. Palabras clave: Síntesis; Zeolita; ZSM-5; Desechos industriales. Tabla de contenido 216 Síntesis directa de dióxido de titanio dopado con hierro (III) a partir de un mineral natural Juan A. Torres-Lunaa*, José G. Carriazoa. a Estado Sólido y Catálisis Ambiental (ESCA), Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Carrera 30 # 45-03, Bogotá, Colombia. Email: a*[email protected], [email protected] Resumen Una de las técnicas de oxidación avanzada más aceptadas a nivel mundial para la descontaminación de aguas residuales es la oxidación fotocatalítica usando especies de dióxido de titanio (TiO2). Este semiconductor es ampliamente usado porque es químicamente estable, permite la degradación de una amplia variedad de compuestos orgánicos recalcitrantes tanto en fase gaseosa como acuosa, donde además es activo a valores de pH ácidos y alcalinos. Sin embargo, para lograr que el TiO 2 presente actividad, debe ser irradiado con longitud de onda UV, ya que presenta una brecha de energía o band gap (Eg) de 3,2 eV. Debido al auge del aprovechamiento de la luz solar, se han realizado esfuerzos para lograr que el TiO2 sea activado con luz visible y hacer el proceso de la fotocatálisis más económico, energéticamente. Uno de los métodos que se han usado como estrategia, es introducir iones Fe 3+ en la matriz del semiconductor. Este ion se considera un candidato adecuado como dopante, porque: (i) el radio iónico de Fe 3+ (0,78 Å) es muy similar al de Ti4+ (0,74 Å), y como resultado, el Fe 3+ puede incorporarse fácilmente en la matriz del TiO2; (ii) su configuración d5 es estable y (iii) además, el Fe3+ actúa como trampa de las cargas fotogeneradas (electrones) e inhibe la recombinación del par electrón-hueco, conduciendo a una mayor fotoactividad. Desde el punto de vista de la síntesis de este tipo de material, existen varias metodologías ampliamente descritas en la literatura, como por ejemplo: el método sol-gel y el método solvotérmico, entre otros. Sin embargo, los precursores siempre son reactivos grado analítico y difíciles de manipular en el laboratorio, como es el caso de los alcóxidos de titanio o incluso el TiCl4. Por tal razón, en el presente trabajó se realizó la síntesis de TiO 2 dopado con Fe3+ usando como único precursor de los dos iones metálicos (Fe 3+ y Ti4+) el mineral ilmenita (FeTiO3), como una alternativa más económica para la preparación de dicho material. Los sólidos fueron obtenidos por medio del proceso del sulfato, usando temperaturas y concentraciones de ácido sulfúrico (H2SO4) inferiores a las condiciones originales del método, así como la adición de NaOH (1 M) hasta alcanzar un pH de 1,2 y posterior reflujo por una hora. El análisis por fluorescencia de rayos X confirmó la presencia de hierro y titanio en los sólidos sintetizados. El contenido de hierro se vio influenciado por las condiciones de síntesis (temperatura y concentración de H2SO4). Por difracción de rayos X sólo se observó las señales atribuidas a la fase anatasa; los perfiles mostraron 217 señales anchas y de baja intensidad, similares a las encontradas por otros autores, quienes atribuyen este comportamiento a la incorporación de Fe3+ dentro de la red cristalina del TiO2. Por otro lado, los sólidos pueden ser clasificados como sólidos mesoporosos (radio promedio de poro 3,4 nm) con alta área superficial {192 m 2/g (0,35 % molar de Fe) y 213 m2/g (10,0 % molar de Fe)}, la cual aumenta ligeramente al aumentar la concentración de Fe3+. Un comportamiento contrario mostró el band gap (Eg) de estos sólidos. Según lo hallado mediante espectroscopía ultravioleta-visible, en modo de reflectancia difusa y empleando la ecuación de Tauc, Eg disminuye al aumentar el porcentaje molar de Fe3+ {2,85 eV (0,35 %Fe) y 2,30 eV (10,0 %Fe)}, indicando que los nuevos materiales pueden ser excitados con luz visible. De acuerdo a las características de cada uno de los sólidos, determinadas con las diferentes técnicas de análisis y su correlación con lo encontrado en literatura, se puede establecer que el mineral ilmenita es un precursor promisorio para la síntesis exitosa de dióxido de titanio dopado con hierro (Fe3+) bajo condiciones moderadas, permitiendo obtener sólidos mesoporosos con alta área superficial que pueden ser excitados bajo radicación solar. Palabras clave: Dióxido de titanio dopado con hierro; Band gap; Mineral ilmenita. Tabla de contenido 218 Síntesis y caracterización de carburos a base del heteropolioxonión tipo anderson (NH4)4[NiMo6-xWxO24H6]•5H2O soportados sobre alúmina para la hidrodesulfuración de tiofeno Javier José Julio Julioa*, Esneyder Puello Poloa, Ana Galanb, Joaquín Britoc. a,b Grupo de Investigación en Oxi/Hidrotratamiento Catalítico y Nuevos Materiales, Universidad del Atlántico. Antigua vía Puerto Colombia Km 7. Barranquilla-Colombia. c Laboratorio de Fisicoquímica de Superficies. Centro de Química, IVIC. Apto 21827. Caracas, Venezuela Email: a*[email protected], [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen Se sintetizaron carburos metálicos a partir de heteropolioxometalatos tipo Anderson (NH4)4[NiMo6-xW xO24H6]•5H2O soportados sobre γ-Al3O2, utilizando el método de reacción a temperatura programada. Éstos se sometieron a evaluación catalítica de hidrodesulfuración (HDS) del tiofeno a 400° C. Los precursores oxídicos y carburados se caracterizaron por área específica (B.E.T), difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja (FT-IR) y análisis de azufre CHON-S. Las áreas específicas estuvieron dentro de 109-35 m2/g (ver tabla 1), mientras que el análisis por DRX mostró la presencia de fases carburadas tales como Mo2C, W 2C, WC y NiC (ver figura 1) a excepción del NiMo 6-C/Al. Los análisis FT-IR determinaron la obtención de la estructura tipo Anderson, debido a las distintas flexiones y estiramientos de los grupos funcionales presentes. El precursor NiMo6-O/Al fue el más activo en la HDS, con un porcentaje de conversión de 72,75% (ver figura 2) e incluso fue más activo que el catalizador comercial AERO (NiMoP/Al). El proceso de sulfuración no fue suficiente para aumentar la actividad catalítica de los carburos. Los resultados de HDS revelaron que la actividad catalítica en HDS se incrementa en el orden: NiMo 6-O/Al > NiMo6-C/Al > AERO > NiMo3W 3-O/Al > NiMo3W 3C/Al > NiW 6-C/Al > NiW 6–O/Al. 219 Tabla 1. Medidas texturales de los precursores oxídicos y carburados (NH 4)4[NiMo6XW XO24H6] •5H2O (x= 0; 3; 6) rpÁS VP Material BJH (m2/g) (cm3/g) (nm) Al2O3 109 0,34 9,6 NiMo6-O/ Al 61 0,18 8,9 NiW 6-O/ Al NiMo3W 3O/Al NiMo6-C/ Al NiW 6-C/ Al NiMo3W 3C/Al 55 35 0,14 0,11 8,9 9,3 73 60 42 0,24 0,20 0,13 11,2 11,2 10,8 Figura 1. Patrones de difracción de rayos X de los precursores carburados soportados sobre alúmina:(a) γ-Al203, (b) NiMo6-C/Al, (c) NiW 6-C/Al, (d) NiMo3W 3-C/Al. (●)Al2O3, (■ ) W 2C, (▲ ) Mo2C, (Δ) NiC y WC (○) 220 Figura 2. % Conversión HDS de tiofeno de los catalizadores (■) NiMo6-O/Al; (♦) AERO; (▲) NiMo6-C/Al Palabras Claves: heteropolioxometalatos tipo Anderson; hidrodesulfuración; precursores oxídicos y carburados; carburos de NiMoW. Tabla de contenido 221 Síntesis y caracterización de catalizadores soportados de TIO2 y ZrO2 modificados con tungsteno para su aplicación en la hidratación de etileno a etanol Juan Carlos Salazar Ramosa, Julián Urresta A.b, Mario Andrés Llanoc. a,b Departamento de Química, Universidad del Valle. c Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle. Email: [email protected] Resumen El etanol es uno de los productos químicos orgánicos de mayor producción y consumo en volumen a nivel mundial, es usado como solvente y agente de limpieza en industrias alimenticia, también se usa en la producción de colorantes, detergentes, perfumes, cosméticos, pinturas y barnices. En 1948 la Shell Company desarrollo el método de obtención de etanol a partir de la hidratación catalítica del etileno proceso que se lleva a cabo en fase gaseosa. En las plantas de producción actualmente existentes, la reacción ocurre al mezclar gas etileno con vapor de agua en proporción de 1:0.6 en presencia del catalizador desarrollado, el cual consta de ácido fosfórico soportado sobre oxido de silicio (H3PO4/SiO2). Las condiciones de reacción son 65 atmosfera de presión y 600°C de temperatura en un reactor de flujo continuo. Un reciente estudio termodinámico del equilibrio químico y de fases combinadas, que ha revelado que la conversión de etileno a etanol puede aumentarse grandemente si la reacción se lleva a cabo en un sistema de dos fases, líquida y gaseosa. Ante esta posibilidad el presente trabajo se sintetizó y caracterizaron dos tipos de catalizadores heterogéneos, a partir de óxidos metálicos soportados. Los sistemas sintetizados fueron, tungsteno-titanio WO3/TiO2 y tungsteno-zirconio WO3/ZrO2 en 3 concentraciones de tungsteno (10, 30 y 40%). Los sólidos resultantes del proceso de impregnación húmeda incipiente fueron activados por medio de calcinaciones realizadas en hornos tubulares con flujo de oxígeno a 800°C, los resultados de los estudios en los catalizadores revelaron, bandas características de clúster WO 3 superficiales, fases de compuestos de tungsteno, transiciones de fase en los soportes empleados, tamaños nanométricos de partícula en los sólidos activados y un incremento en la estabilidad térmica luego de la impregnación. La aplicación catalítica de los compuestos sintetizados fue la reacción de hidratación catalítica de etileno en una mezcla de fases. Los resultados encontrados indicaron la obtención de etanol tanto en fase gaseosa como en una mezcla de fases al emplear catalizadores con bajas cargas de tungsteno (WZ-10 % y WT-10 %) entre 200 y 250 °C. 222 Palabras clave: Hidratación; catalizadores heterogéneos; tungsteno; equilibrio de fases; oxido de zirconio; oxido de titanio. Tabla de contenido 223 Síntesis y caracterización de complejos de hierro(III) con ligandos derivados de 3,5 dimetilpirazol y su estudio catalítico para la reacción de aminación oxidativa de estireno. Chiara Carazzone*, Melisa Plata John Hurtado, Juan F. Torres. a Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes, BogotáColombia.(GUIQUICB)Grupo de Investigación en Química Inorgánica, Catálisis y Bioinorgánica). Email: [email protected] Resumen En este trabajo, se sintetizaron cuatro compuestos, dos ligandos y dos complejos. Los ligandos bis(3,5-dimetilpirazol-1-il)metano y 3,5-bis(3,5-dimetilpirazol-1-metil)tolueno ambos derivados de 3,5 dimetilpirazol fueron sintetizados a partir de reportes de literatura con algunos cambios en los procedimientos. Los complejos se prepararon mediante la reacción entre los ligandos y cloruro de hierro (III). Estos fueron caracterizados por: punto de fusión, espectroscopía infrarroja, raman, análisis termogravimétrico, voltametria cíclica y análisis elemental. Adicionalmente se realizó un estudio teórico para dilucidar las geometría piramidal con base cuadrada de los complejos, conocer algunas de las características electrónicas que pudieran permitan entender su posible comportamiento en el momento de un proceso de catálisis. Estos complejos se utilizaron para un estudio catalítico de aminación oxidativa de estireno con 3,5dimetilpirazol como sustrato, el análisis se realizó variando el tiempo de reacción y la cantidad de reactivos. Se observó la formación de nuevos productos en condiciones específicas y la caracterización de los mismos está en proceso. Tabla de contenido 224 Síntesis y caracterización de la perovskita LaFeO3 en un reactor FASP (Flame Assisted Spray Pyrolysis) Steven Angela, Jaime Gallegob*, Diana Lópezc a,b,c Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Las perovskitas son materiales cristalinos de formula general ABX 3. Dentro de este tipo de materiales los más comunes son los óxidos (X = O), sin embargo se encuentran carburos, haluros, oxinitruros, entre otros. Esta estructura permite obtener sistemas múltiples, dándose la sustitución en las tres posiciones con múltiples elementos (A 1-xA’xB1-yB’yX1-zXz). Estas sustituciones se forman bajo algunas restricciones, como conservar la electroneutralidad de la estructura, que los radios atómicos de los elementos en las diferentes posiciones no sean muy diferentes y que el factor geométrico (𝜏=𝑅𝐴+𝑅𝑋√2(𝑅𝐵+𝑅𝑋)), llamado factor de tolerancia, se encuentre entre 0.75<τ<1. El hecho de permitir múltiples sustituciones dentro de su estructura, hace que sea posible incorporar cerca del 90 % de los elementos químicos dentro de una estructura cristalina tipo perovskita, esto permite a este tipo de estructuras, poseer múltiples propiedades físicas y químicas, desde cerámicos hasta súper conductores, sistemas magnéticos, catalíticos, conductores iónicos, entre muchos otros. En estudios anteriores, se ha encontrado que la perovskita LaFeO3 presenta alta actividad catalítica en reacciones de combustión, producción de nanotubos de carbono, al igual que en reacciones como síntesis Fischer-Tropsch, oxidación de CO, entre otras. Para la obtención de materiales tipo perovskita se han utilizado muchos métodos de síntesis, de los cuales la mayoría son procesos por tandas, que implican diversas operaciones unitarias, como filtración, secado y calcinación. En miras a una aplicación industrial, se hace necesario desarrollar métodos de síntesis más simples, con posibilidad de producción en continuo, facilidad de escalado y con una menor cantidad de operaciones unitarias. 225 En este trabajo se sintetizó la perovskita LaFeO 3 dentro de un reactor FASP (Flame Assisted Spray Pyrolysis, por sus siglas en inglés) y se caracterizó mediante difracción de rayos X, espectroscopia Raman y microscopia electrónica de barrido. El reactor FASP ha sido diseñado, construido y probado en el grupo de investigación QUIREMA de la Universidad de Antioquia y en la actualidad se encuentra en proceso de escalamiento con el acompañamiento de una empresa de la región. Por difracción de rayos X se encontró la fase perovskita como única fase cristalina, la cual se forma dentro del reactor FASP, eliminando así procesos de calcinación que son requeridos normalmente durante la preparación de estos materiales por métodos convencionales. Por espectroscopia Raman se evidenció que la perovskita LaFeO3 presenta un espectro característico para este material, observándose sin embargo algunos cambios en las intensidades relativas de las diferentes bandas, lo que indica cambios en la estructura electrónica de la misma, posiblemente debido a la presencia de defectos cristalinos como vacantes de oxígeno. Por microscopia electrónica de barrido, se pudo observar la obtención de partículas semiesféricas con morfologías superficiales tipo esponja, debido a los precursores usados para la síntesis de la misma. Se presenta una amplia distribución del tamaño de las partículas, la cual puede ser controlada con una atomización fina de los precursores alimentados a la llama. Como principal conclusión de esta investigación se tiene que bajo un sistema FASP es posible obtener óxidos tipo perovskita, LaFeO 3 para este caso, en continuo y en una sola etapa. Los autores agradecen al programa “Sostenibilidad 2014-2015” de la Universidad de Antioquia. Palabras clave: Reactor FASP; Perovskitas; Síntesis en continuo. Tabla de contenido 226 Síntesis y caracterización de polioxometalatos tipo Anderson de Fe-Mo, Co-Mo y Ni-Mo soportados en zeolitas-β para hidrodesulfuración de tiofeno Melissa Romeroa*, Esneyder Puellob, Mario Barrerac. a,c Universidad de Córdoba, Montería, Colombia. b Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen Los procesos realizados en la industria de refinamiento de petróleo para la obtención de los principales combustibles usados en la actualidad, han destacado la importancia del área de la catálisis. Es esta necesidad de producir combustibles para abastecer los vehículos actuales que ha llevado a una disminución significativa en las principales fuentes de energía en nuestro país, como es el caso de los combustibles fósiles, específicamente el petróleo. Este hecho ha llevado al cese de yacimientos de crudo liviano, obligando a la industria a utilizar los yacimientos de crudo pesado, el cual aumenta las posibilidades de contaminación ambiental no solo a nivel nacional sino también internacional, ya que estos crudos poseen una mayor cantidad de elementos contaminantes, dentro de los cuales los más abundantes son el azufre y el nitrógeno; siendo causantes de fenómenos naturales como la lluvia ácida , además el azufre como tal es causante de corrosión en los materiales usados para los procesos de refinamiento , por lo que estas industrias invierten en procesos de hidrotratamiento para eliminar este tipo de contaminante, siendo la hidrodesulfuración uno de los procesos más adecuados y utilizados para este fin. El proceso de hidrodesulfuración requiere de catalizadores que ayuden con la reducción de azufre presente en las muestras, por lo que cada vez más las investigaciones se basan en la innovación de estos. Para este caso, se busca modificar el soporte de los catalizadores convencionales por la zeolita-β, la cual se espera mejores resultados por su gran área específica así como su alta capacidad de intercambio catiónico, permitiendo que se suponga una mayor actividad catalítica. Para este fin, inicialmente se realiza la síntesis de las fases Anderson con soluciones de los metales de los catalizadores convencionales: FeCl3, Ni(NO3)2 y Co(NO3)2 y solución de heptamolibdato de amonio; posteriormente se soportan estos precursores oxídicos con zeolita-β y se ensaya su actividad catalítica en el montaje de la reacción de hidrodesulfuración. Posteriormente, se analizaron las muestras tomadas en tres tiempos de reacción distintos y se observaron las actividades catalíticas, obteniendo los siguientes resultados: 227 Sólido NiMo6 CoMo6 FeMo6 NiMo6/zeolita-β CoMo6/zeolita-β FeMo6/zeolita-β Zeolita-β Área(BET) (m2/g) 1 224 203 Actividad (%) 73,07 55,75 54,76 87,93 89,35 86,45 51,07 Al obtener estos resultados, se pudo observar claramente que las actividades de los precursores convencionales soportados son mayores que las de los precursores sin soportar, lo que nos indican un buen progreso en el trabajo realizado, puesto que lo que se presume con respecto a las propiedades del soporte reflejan la veracidad en los resultados obtenidos, mostrándonos de esta manera una reducción notoria de la concentración de tiofeno. Palabras claves: hidrodesulfuración; hidrotratamiento; precursor; polioxometalatos. Tabla de contenido 228 Study of Intermediates in the Water Gas Shift Reaction on the Fe3O4 (001) Surface Oscar Gambaa*, Heshmat Noeib, Jiři Pavelecc, Roland Bliemd, Michael Schmide, Ulrike Dieboldf, Andreas Stierleg, Gareth S. Parkinsonh. a,c,d,e,f,h Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology, Vienna, Austria 1040. b,g Deutsches Elektronen-Synchroton (DESY), Hamburg, Germany 22607. a b c Email: [email protected], [email protected], [email protected], d e f [email protected], [email protected], [email protected], g h [email protected], [email protected] Abstract The water gas shift reaction, in which carbon monoxide and water react to produce carbon dioxide and hydrogen, is one of the most important reactions in the field of catalysis. The current industrial catalyst for the reaction is based on magnetite (Fe 3O4), a naturally abundant oxide material. Despite intensive research, the details of the reaction, including the reaction pathway and the identification of active intermediates is not clear, and various intermediates such as formate, carbonate or carboxylate have been proposed. Using high pressure X-ray Photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning tunneling microscopy (STM), we observed the formation of three stable carbon surface species during the reaction on Fe3O4(001) at room temperature. To positively identify formate as one of the intermediates, we studied the adsorption of formic acid on the (√2⨉√2) R45o - Fe3O4 (001) surface using an array of surface science techniques. X-ray Photoelectron spectroscopy and Infrared reflection adsorption spectroscopy results suggest that formic acid deprotonates on the Fe(B)-O terminated Fe3O4 (001) surface, producing adsorbed bidendate formate and surface hydroxyl groups at room temperature. This reaction is facilitated by the close proximity of undercoordinated Fe3+/O2- cation/anion pairs at the surface. This configuration leads to the observation of (1x1) and (2x1) phases in STM. At 70 K, HCOOH is adsorbed both dissociatively and molecularly suggesting two active sites for dissociation. All of the data identify formate as one of the intermediate observed in the water gas shift reaction on magnetite. Keywords: Magnetite, Formate, Water gas shift reaction. Tabla de contenido 229 Transesterificación de aceite de palma utilizando titanil sulfato extraído de la ilmenita como catalizador sólido ácido Lorena Duarte Peñaa, Martha Eugenia Niñob*, Daniel Molinac. a,b Centro de investigación den catálisis, CICAT; Centro de investigación en materiales y nanociencias. Universidad Industrial de Santander, Km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander) Colombia; código postal: 681011. c Laboratorio de resonancia magnética nuclear. Universidad Industrial de Santander, Km 2 vía El Refugio, Piedecuesta (Santander) Colombia; código postal: 681011. Email: [email protected], [email protected], [email protected] Resumen En este trabajo se realizó la transesterificación de aceite de palma empleando como catalizador el titanil sulfato, un sólido de alta acidez, extraído de la ilmenita. La composición del aceite utilizado fue determinada por resonancia magnética nuclear de líquidos, además, se halló el índice de acidez, el índice de yodo y el índice de blanqueabilidad. El aceite de palma crudo se sometió a un tratamiento de refinado; el cual consistió en una etapa de desgomado para eliminar principalmente fosfatidos, y una de blanqueo para eliminar carotenos y productos de oxidación secundaria, que pueden interferir con la reacción. El titanil sulfato fue extraído de la ilmenita, secado a 110 0C por cuatro horas, calcinado a 400 0C por dos horas y caracterizado empleando: isotermas de adsorción – desorción de N2 para propiedades texturales, difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido unida a espectrofotometría de energía dispersiva de rayos X, espectroscopia de infrarrojo y Raman, y análisis de acidez por adsorción de piridina. La transesterificación del aceite tratado se realizó empleando etanol absoluto en una relación molar aceite: etanol de 1:10 y 2 % de catalizador, la temperatura se varió a 80, 100 y 120 0C. El seguimiento de la reacción se hizo por cromatografía de gases; y el control utilizado fue el óxido de titanio degusa PV -24 calcinado a 400 0C. La implementación de catalizadores más amigables con el medio ambiente y de fácil manejo, como el titanil sulfato, permitirá impulsar el crecimiento de la industria oleoquímica del país, puesto que brinda la posibilidad de aumentar la producción, y ya no solo pensar en el biodiesel como combustible sino también como materia prima para la elaboración de oleoquímicos de mayor valor agregado. Palabras clave: titanil sulfato; ilmenita; aceite de palma; transesterificación, oleoquímica. Tabla de contenido 230 Tratamiento de aguas residuales de la industria textil mediante procesos de oxidación electro-química usando ánodo de diamante dopado con boro Edison GilPavasa*, Carlos M. Gómeza, Jose Medinaa, Izabela Dobrosz-Gómezb1, Miguel Á. Gómez-Garcíab2 a GIPAB: Grupo de Investigación en Procesos Ambientales. Departamento de Ingeniería de Procesos. Universidad EAFIT, Carrera 49 #7 sur 50, Medellín-Colombia. Código Postal 050021. b Grupo de Investigación en Procesos Reactivos Intensificados con Separación y Materiales Avanzados - PRISMA. 1Departamento de Física y Química, 2Departamento de Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia. Campus La Nubia, km 9 vía al Aeropuerto la Nubia, A A 127, Manizales, Caldas, Colombia. Email: a*[email protected] Resumen La industria textil es un importante sector económico de Colombia. En su proceso productivo genera grandes descargas de agua con altas concentraciones de materia orgánica, colorantes, surfactantes, y sales inorgánicas. Algunas de estas sustancias implican un riesgo para los organismos acuáticos y los seres humanos. En busca de una solución a esta problemática, en este trabajo se estudió la viabilidad de usar un proceso de Oxidación Electro-Químico con ánodo de diamante dopado con boro (DDB) y cátodo de titanio para el tratamiento de aguas residuales de una empresa de Medellín. Un aspecto diferenciador de este trabajo con la mayoría de publicaciones disponibles en la literatura es la utilización de agua residual real. Las condiciones iniciales de la muestra industrial a ser tratada fueron: pH = 10, conductividad = 4.000 µS/cm, Demanda Química de Oxígeno (DQO) = 865 mg/L, Demanda Biológica de Oxígeno (DBO 5) = 118 mg/L, y un color azul intenso. Con estas condiciones, no es posible tratar efectivamente esta agua con los métodos convencionales (v.g., biológicos), como en la planta de tratamiento de San Fernando, en Medellín. Para los experimentos se utilizó un reactor a escala de laboratorio. Se evaluaron los procesos de: Oxidación Electro-Química, Oxidación Fotoelectro-Química, Electro-Fenton y Fotoelectro-Fenton. La comparación entre los diferentes procesos se realizó en términos de la DQO. El estudio está soportado por un diseño de experimentos, cuya etapa preliminar incluyó un factorial fraccionado 2 5-1, para 17 ensayos. Este sirvió como base para un diseño experimental del tipo Box-Behnken, que contó con un total de 27 experimentos (con tres puntos centrales) para optimizar las condiciones de operación. En el análisis de los resultados se empleó la metodología de superficie de respuesta (MSR). 231 La mejor eficiencia se encontró para el proceso Electro-Fenton, con el cual el color azul intenso de la muestra se removió completamente en los primeros 15 minutos del proceso y se requirieron 120 minutos para reducir en 97% la DQO. Las condiciones óptimas de operación obtenidas fueron: conductividad = 7.000 µS/cm, pH = 3, separación de electrodos = 1 cm, densidad de corriente = 30 mA/cm 2, y área del ánodo sumergida = 12 cm2. Durante el proceso de tratamiento se monitoreó la acumulación de H 2O2 y la variación de pH (cuyo valor final fue de 6.7 (factores claves en el proceso Electro-Fenton). También se confirmó la reducción de los compuestos presentes en el agua residual mediante análisis de espectros de absorbancia (entre 200 y 700 nm) y la reducción del Carbón Orgánico Total en un 50%. Se concluye que con el proceso Electro-Fenton optimizado, el agua residual no solo se puede tratar para descargarla, sino que se podría pensar en reincorporarla al proceso productivo, según los requerimientos, generando así un valor agregado a esta agua que se convertiría en una materia prima, y en una práctica ambientalmente más benéfica. Palabras clave: ánodo de diamante dopado con boro; agua residual textil; Oxidación Electro-Química; Electro-Fenton; Fotoelectro-Fenton. Tabla de contenido 232 Tratamiento de lixiviados mediante ozonización catalítica heterogénea. Natali Lorena Mena Guerreroa*, Jorge Eliecer Manrique Juliob, Fiderman Machuca Martínezc. a,b,c Universidad del Valle, Cali, Colombia, 4-72. a b Email: [email protected], [email protected], c [email protected] Resumen Las actuales legislaciones ambientales, concernientes al tratamiento de aguas residuales, han obligado a buscar métodos alternativos que puedan degradar sustancias recalcitrantes ante los tratamientos convencionales. Como alternativa, han surgido los procesos de oxidación avanzada (POA), entre los que sobresale la ozonización gracias a su alto poder oxidante. La ozonización catalítica heterogénea presenta un alto rendimiento en la descomposición del ozono. Los óxidos metálicos soportados y no soportados son los catalizadores más utilizados para la degradación de compuestos orgánicos, en especial la magnetita por su fácil separación del efluente después del proceso. En el presente trabajo, se ozonizó lixiviados provenientes del relleno sanitario: “Presidente” de la ciudad de Buga, Valle del Cauca, utilizando magnetita como catalizador (0.3 g/L). Los mejores resultados se alcanzaron trascurridos 40 minutos de tratamiento con una concentración de 22.7 ppm de O3, al final del proceso se retira el catalizador magnético y se evidenciaron reducciones de COD (48%), DQO (65%), turbiedad (98%), amonio (48%), color (89%)y metales como magnesio (96%), manganeso (99%), hierro (91%) y Zinc (83%) Palabras clave: Ozono; Agua residual; Magnetita. Tabla de contenido 233 Tratamiento de residuos provenientes de un laboratorio de catálisis Rakell Rosasa*, Julie Murciab, Jairo Cubillosc, Hugo Rojasd. a,b,c,d Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia a b c Email: [email protected], [email protected], jacubil@gmailcom d [email protected] Resumen A través del uso de la fotocatálisis heterogénea es posible la degradación y eliminación de un gran número de contaminantes orgánicos que son habituales en efluentes industriales y residuos de laboratorio. Es por ello que los procesos fotocatalíticos se han estudiado intensamente en diferentes ámbitos desde el académico, de investigación hasta el desarrollo tecnológico, logrando importantes avances y nuevas tecnologías. Sin embargo, es innegable que estos avances no son posibles sin la investigación básica en los laboratorios a pequeña escala, es en estos espacios académicos de experimentación e investigación en química, donde actualmente se plantea la necesidad de generar alternativas de disposición y tratamiento para los residuos derivados de reacciones químicas que no resultan del todo exitosas, aunque hagan parte de ensayos dirigidos al desarrollo de fotocatalizadores eficientes en la eliminación de contaminantes. El tratamiento de residuos provenientes de las reacciones fotocatalíticas es interesante ya que ofrece la posibilidad de recuperar el catalizador para su posterior reciclaje en nuevas reacciones. En este contexto, en el presente trabajo se evaluó la degradación de fenol utilizando catalizadores recuperados de diferentes ensayos fotocatalíticos en un laboratorio de investigación en Catálisis. El material catalítico recuperado se sometió a una amplia caracterización fisicoquímica usando espectroscopia de energía dispersiva EDX, microscopia electrónica de barrido SEM, TOC y espectrofotometría UV-Vis. Los resultados de caracterización permitieron determinar la composición química de los materiales, expresada en TiO2, Au y Pt, típicos elementos usados en los procesos de degradación fotocatalítica. Por microscopía SEM se analizó la morfología de los catalizadores recuperados, encontrándose nanopartículas de Au de 5 nm aproximadamente (Figura 1). 234 Au Au Figu Figura 1. Micrografía SEM de catalizador recuperado La actividad fotocatalítica del material recuperado se evaluó en la reacción de degradación del fenol; las muestras de fenol tratadas se analizaron por espectrofotometría UV-Vis y TOC; en la Figura 2 se muestra la evolución de la concentración de fenol en función del tiempo de reacción, como se puede observar. Figura 2. Concentración fenol vs tiempo de reacción Se obtuvo una concentración final de 17 ppm de fenol; no se eliminó totalmente el contaminante pero si se presentó una disminución considerable en la concentración de éste compuesto. El análisis por TOC arrojó valores cercanos a los 4,5 ppm, comprobándose que se alcanzaron valores aceptables en cuanto a la mineralización del fenol. Se concluye que el tratamiento de los residuos de catalizadores fue eficiente y que éstos a su vez al ser reutilizados presentan actividad catalítica efectiva para la degradación de fenol. Ésta contribución es una alternativa para el uso y reuso de materiales fotocatalíticos. Palabras clave: catalizadores. fenol; catalizador; tratamiento Tabla de contenido 235 de residuos; reciclaje de Tratamiento terciario de un lixiviado de relleno sanitario con carbón activado granular funcionalizado (Fe-GAC) mediante adsorción/regeneración catalítica Omaira Yela Bastidasa, Dolly Revelob, Iván Andrés Sáncheza, Milena Guerreroa y Luis Alejandro Galeanoa* a Grupo de Investigación en Materiales Funcionales y Catálisis. Departamento de Química, Universidad de Nariño. Calle 18 Cra. 50, Campus Torobajo, Pasto – Colombia. b Grupo de investigación en Bioelectroquímica. Grupo interdisciplinario, Universidad de Nariño. Calle 18 Cra. 50, Campus Torobajo, Pasto – Colombia. Email: [email protected] Resumen Se estudió la combinación de métodos físicos y químicos que involucran el uso de carbón activado granular funcionalizado con hierro, y comprende la adsorción de la materia orgánica seguida de regeneración catalítica del adsorbente por medio del proceso Fenton, como post-tratamiento o tratamiento terciario de lixiviados maduros de relleno sanitario. Para ello se partió de un carbón activado granular comercial, caracterizado granulométricamente en un tamaño de partícula de 1,18 a 2,36 mm, que se funcionalizó con hierro (7.000 mg/Kg como Fe 2+), luego de un pre-tratamiento ácido del mismo, como sitio activo del proceso Fenton in-situ. La caracterización del material se llevó a cabo mediante análisis químico elemental por espectroscopia de absorción atómica y análisis de área superficial a partir de la isoterma de adsorción de nitrógeno, por el método BET. Como efluente a tratar se empleó un lixiviado de relleno sanitario maduro con DQO y DBO5 de 556 y 47,2 mg O2/ L respectivamente. En primera medida se empacó el adsorbente en una columna de dimensiones (base x altura) 2,54 x 10 cm; se estudió el efecto de la relación de esbeltez de la columna evaluando dos relaciones H/D: 4/1 y 8/1 . Para los ensayos de adsorción/regeneración catalítica del adsorbente, se llevaron a cabo inicialmente experimentos de saturación con el lixiviado a tres diferentes flujos de lixiviado a tratar: 7,0; 15,0 y 30,0 mL/min, obteniendo que el tiempo máximo de saturación del material para cualquiera de estos flujos estudiados es de cerca de 24 horas. Una vez determinado el mejor flujo y tiempo de saturación del adsorbente se determinaron las mejores condiciones para la oxidación insitu de la materia orgánica retenida en el adsorbente, evaluando tres dosis de peróxido de hidrógeno: 1,06; 2,12 y 3,18 ppm H2O2 por cada ppm de DQO retenida en el adsorbente y tres caudales de recirculación de peróxido de hidrógeno: 160, 230 y 300 mL/min mediante un diseño factorial de experimentos 3 2. 236 Con las mejores condiciones de dosis y flujo de agente oxidante necesarios para la etapa de regeneración catalítica, se procedió a evaluar la eficiencia del proceso secuencial de adsorción/regeneración PCFH (Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda) mediante un ensayo de cinco ciclos consecutivos de adsorción/regeneración, haciendo un seguimiento a las concentraciones de DQO, peróxido de hidrógeno remanente y hierro en la disolución recirculante, a temperatura ambiente promedio de 18 +/- 2,0 °C y Presión atmosférica de 0,74 atm. Palabras clave: Carbón activado granular; Adsorción; Regeneración catalítica; Lixiviado maduro. Tabla de contenido 237