Evaluation of molecular sieves based on zeolite X for the separation of an effluent from the Oxidative Coupling of Methane (OCM) process

ilustraciones, graficasLos procesos industriales actuales para la obtención de olefinas de alta pureza generalmente involucran el uso de destilación criogénica a alta presión en la separación de olefinas y parafinas. Sin embargo, este proceso consume una gran cantidad energía y requiere grandes costos de capital y operativos. Para reducir el consumo de energía y mejorar el potencial económico del proceso, se requieren nuevas técnicas de separación. Entre las diferentes alternativas con potencial para implementar en la industria se destaca la adsorción selectiva con variación de presión, la cual permite la remoción selectiva de etileno de la mezcla de gases. A pesar de que el proceso es bien conocido, es necesario el desarrollo de materiales cada vez más selectivos y adecuados para la operación industrial. La mayoría de los esfuerzos de investigación en este tema se han centrado en el uso de carbones activados y silicatos cristalinos (zeolitas). Teniendo en cuenta lo anterior, se sintetizó una zeolita tipo Na-X mediante tratamiento hidrotermal. La síntesis se llevó a cabo en reactores discontinuos a diferentes composiciones de gel, temperaturas y tiempos de cristalización. El diseño experimental siguió un método Box Behnken utilizando como meta la cristalinidad del material adsorbente (caracterizado por XRD). Posteriormente, el material sintetizado se sometió a un proceso de intercambio iónico con calcio, con el fin de mejorar el rendimiento y la selectividad para la adsorción de etileno. Una vez obtenida, la zeolita Ca-X, se sometió a un proceso de aglomeración para obtener tamices moleculares granulados (aprox. 3 mm de diámetro). Las partículas obtenidas se caracterizaron midiendo el área superficial, distribución de poros, capacidad de adsorción e isotermas de adsorción con gases OCM. Los resultados indican que el material es adecuado para ser utilizado como adsorbente en sistemas de separación por oscilación de presión para gases OCM. (Texto tomado de la fuente)Current industrial processes for the isolation of high purity olefins generally involve high pressure cryogenic distillation of olefins and paraffins. This process consumes a large amount of energy and requires large capital and operating costs. To reduce energy consumption and improve the economic potential of the process, new separation techniques are required. Among the different alternatives, selective adsorption and pressure variation can be used for the selective removal of ethylene from the gas mixture. Although the process is well known, it is necessary to develop more selective materials suitable for industrial operation. Most research efforts on this topic have focused on the use of activated carbons and crystalline silicates (zeolites). Considering the above, a Na-X type zeolite was synthesized by hydrothermal treatment. The synthesis was carried out in batch reactors at different gel compositions, temperatures, and crystallization times. The experimental design followed a Box Behnken method using the crystallinity of the adsorbent material (characterized by XRD) as a goal. Subsequently, the synthesized material was subjected to an ion exchange process with calcium, to improve the performance and selectivity for the adsorption of ethylene. Once obtained, the Ca-X zeolite was subjected to an agglomeration process to obtain granulated molecular sieves (approx. 3 mm in diameter). The particles obtained were characterized by measuring the surface area, pore distribution, adsorption capacity and adsorption isotherms with OCM gases. The results indicate that the material is suitable for use as an adsorbent in pressure swing separation systems for OCM gases.MaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería QuímicaMateriales y tecnologías de separació

Una aproximación vibracional al estudio in situ de los procesos de síntesis de tamices moleculares: obtención de sílice mesoporosa y de aluminosilicatos mesoporosos a partir de precursores de zeolitas

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Física Aplicada. Fecha de lectura:25-04-0

Implementación y desarrollo de metodologías radiosintéticas para la incorporación de 11C en moléculas orgánicas

El estudio de nuevos radiotrazadores para PET es un área mundialmente muy activa que requiere de un trabajo multidisciplinario y que implica desde la selección de los blancos moleculares, la síntesis orgánica, la marcación utilizando metodologías automatizadas que minimicen la irradiación del operador y el desarrollo de metodologías de evaluación fisicoquímica y biológicas compatibles con los cortos períodos de semidesintegración de los radionucleidos. Dentro de éstos últimos, el 11C ocupa un lugar fundamental por sus ventajas, pero también por sus limitaciones. El 11C permite realizar marcaciones isotópicas, con lo cual se logran radiotrazadores sin modificaciones fisicoquímicas significativas respecto a las moléculas endógenas cuyo metabolismo se desea estudiar. Por otra parte, el 11C puede ser obtenido con buenos rendimientos en los ciclotrones comercialmente disponibles, y su radioquímica ha sido bien estudiada y desarrollada a lo largo de las cuatro últimas décadas. La principal limitante de su uso radica fundamentalmente en el corto período de semidesintegración (20.4 minutos), y es lo que supone un desafío para el radioquímico que desarrolla métodos de marcación con 11C. La metodología más utilizada para introducir 11C en moléculas orgánicas a ser utilizadas como radiotrazadores PET, es a través de reacciones de 11C-metilación con los precursores radiactivos secundarios [11C]CH3I o [11C]CH3OTf. Estos precursores están disponibles en plataformas comerciales, su radioquímica ha sido bien estudiada y por ello su utilización es mundialmente muy amplia. Un gran número de radiotrazadores PET se sintetizan utilizando estos dos precursores radioactivos, y a la fecha se utilizan para la producción de todos los radiofármacos de 11C en uso preclínico y clínico en el Centro Uruguayo de Imagenología Molecular (CUDIM). Sin embargo, su aplicabilidad está limitada a moléculas nucleofílicas conteniendo los heteroátomos O, N o S. Otros precursores tales como el [11]CO2, [11C]CO, o el [11C]CN- permiten la obtención de moléculas marcadas en otros grupos funcionales, con lo que se amplía el espectro de estructuras conteniendo 11C y las aplicaciones de las mismas. Teniendo en cuenta lo anterior, es que en el presente trabajo se plantea la posibilidad de trabajar en el CUDIM con precursores de 11C alternativos a [11C]CH3I o [11C]CH3OTf. Como punto de partida del trabajo se propuso al [11C]CN- (comúnmente referido como [11C]HCN o [11C]NH4CN) como precursor radiactivo. En la Química Orgánica tradicional, el anión CN- es un sintón atractivo, pues permite la formación de un enlace C-C por sustitución nucleofílica sobre estructuras que presenten la función C-X (X = halógeno u otros grupos salientes). El grupo nitrilo también está presente en un importante número de fármacos y compuestos de interés biológico. El uso del precursor [11C]CN- permite obtener radiotrazadores atractivos para el diagnóstico mediante PET de alteraciones metabólicas y otros fenómenos patológicos. La síntesis de moléculas de importancia bioquímica tales como 1-[11C]aminoácidos 1-[11C]glucosa, 1-[11C]ácidos grasos, entre otros ha sido descrita en la literatura. CUDIM cuenta con una plataforma automatizada (módulo ProCab) capaz de convertir químicamente el [11C]CO2 en [11C]CN-, por lo que el trabajo comenzó realizando un estudio de algunas variables de la producción de este precursor en nuestra plataforma. Se 20 determinó que la robustez de la misma depende fundamentalmente de su frecuencia de uso, y de finos ajustes en parámetros físicos tales como el flujo de los gases utilizados. En condiciones optimizadas, el módulo ProCab es capaz de transformar [11C]CO2 en [11C]CN- con un rendimiento radioquímico de aproximadamente 30% (corregido) en no más de 10 minutos. El [11C]CN- así producido, se utilizó en un sistema modelo de reactividad, lográndose obtener D,L-1-[11C]Fenilalanina, utilizando para la misma una plataforma automatizada TRACERlab FX C Pro. En una segunda etapa, se trabajó con [11C]CO2 como precursor radiactivo, de acuerdo a la metodología comúnmente conocida como fijación-reducción de [11C]CO2 . La radioquímica de fijación o incorporación de [11C]CO2 es un terreno fértil para la obtención eficiente de radiotrazadores PET, al punto que es referida por algunos reconocidos investigadores como el Renacimiento de la Química PET . Tradicionalmente, el uso de [11C]CO2 se encontraba limitado a la reacción de Grignard para la síntesis de ácidos 11C-carboxílicos. Aun cuando esta técnica ha sido y es extensamente empleada, posee desventajas en cuanto a la inestabilidad inherente de los precursores orgánicos empleados, y la escasa variabilidad estructural de los radiotrazadores obtenidos. Recientemente ha habido avances significativos en la incorporación de 11C en moléculas orgánicas utilizando [11C]CO2, para dar estructuras moleculares tales como ureas, carbamatos, oxazolidinonas y ácidos carboxílicos, o su incorporación y posterior reducción para obtener especies N-11C-metiladas. Dado el alto número de radiofármacos de uso clínico que poseen el grupo 11C-metilo, se considera muy ventajoso sintetizarlos a partir de [11C]CO2 en lugar de los agentes 11C-metilantes tradicionales ([11C]MeI o [11C]MeOTf). El uso directo de [11C]CO2 y de modalidades de reacción one-potminimiza el número de pasos sintéticos, y presupone un aumento de los rendimientos de síntesis, lo que se traduce en una mayor actividad final disponible para estudios preclínicos o clínicos. En tal sentido, se propuso estudiar condiciones para llevar a cabo y optimizar reacciones de incorporación de [11C]CO2 y su posterior reducción con el fin de contar con metodologías eficientes aplicables a la síntesis de 11C-radiotrazadores. Para el trabajo con [11C]CO2 se utilizó también la plataforma automatizada TRACERlab, con mínimas modificaciones de tal manera de dirigir el [11C]CO2 purificado a un reactor de marcación. Se estudió la fisicoquímica de su captura en solución. Se evaluaron tres sistemas radioquímicos para promover la incorporación reductiva de [11C]CO2 en un sistema modelo de reactividad compuesto por 4-toluidina: i) DBU / PhSiH3, ii) IPr carbeno / PhSiH3 y iii) TBAF / PhSiH3. Para cada uno de ellos se estudió la influencia de factores físicos y químicos, tanto en la pureza radioquímica de la amina 11C-metilada como en su rendimiento radioquímico. Dos de ellos (IPr / PhSiH3 y TBAF / PhSiH3) se aplicaron a la síntesis del radiotrazador PET [11C]PiB. Mediante el uso de [11C]CO2 / TBAF / PhSiH3 en diglyme, a 150 C por 1 min, se logró marcar [11C]PiB en un 14.8% de rendimiento radioquímico, con actividad molar de 61 GBq/mol. Si bien este valor es aparentemente bajo por el uso directo de [11C]CO2, el rendimiento radioquímico del [11C]PiB producido de esta forma duplica al del método de 11C-metilación con [11C]CH3OTf actualmente utilizado en CUDIM. La aplicación de esta metodología permitió desarrollar un método novedoso de preparación para este 21 radiofármaco, junto con su control de calidad en un contexto preclínico. La validación de este proceso en el marco del área de P

Categorías de impacto de la producción de Bioetanol en los principales países productores de Latinoamérica – Análisis de ciclo de Vida: Revisión sistemática 2007- 2022

El bioetanol es actualmente el biocombustible más utilizado en el mundo, conocer sus impactos negativos nos favorece en el tránsito a la sostenibilidad. El análisis de ciclo de vida evalúa el impacto ambiental originado por un producto durante todas las etapas de su vida, valorando la magnitud y la importancia de los efectos ambientales para agruparlos en categorías de impacto. Esta investigación determina las categorías de impacto mediante el análisis de ciclo de vida de los países con mayor producción de bioetanol en Latinoamérica, mediante la recolección y el análisis de datos obtenidos de artículos científicos del año 2007 al 2022. Brasil, Colombia y Argentina son los principales productores de bioetanol, sosteniendo su producción en cultivos energéticos como materia prima. Esta investigación evidencia las siguientes categorías de impactos en la etapa de adquisición de materia prima: cambio climático, agotamiento de los recursos fósiles, agotamiento de los recursos abióticos, formación de foto oxidantes, acidificación y eutrofización. Mientras que en la etapa de Manufactura, procesado y formulación se generan: Cambio climático, formación de foto oxidantes, acidificación, eutrofización, agotamiento de los recursos abióticos, impactos y competencia por el suelo, ecotoxicidad en agua dulce y material particulado

Recubrimientos poliméricos para electroforesis capilar sintetizados vía polimerización radicalaria de transferencia atómica

Maestria en Ciencias - QuimicaEl presente trabajo de investigación hace parte de un proyecto mayor que busca contribuir a la solución del problema analítico asociado con la alta; adsorción de solutos básicos como proteínas sobre las paredes internas de los tubos de sílica utilizados actualmente en CE, así como la insatisfactoria estabilidad hidrolitica de los recubrimientos orgánicos anclados sobre dicha superficies. En este trabajo se desarrolla una variedad de película poliméricas hidrofílicas con el propósito de minimizar las fuertes interacción* entre proteínas y la superficie de la sílica. Dichas películas se anclan sobre tres tipos de sustratos de sílica: particulada, placas y tubos capilares. Se utiliza; sílica particulada para estudios de IR y NMR, para estudios de superficie se emplearon placas de sílica, y para estudios CE se emplearon tubos capilares. El anclaje de las películas poliméricas se llevó a cabo mediante la metodologia de polimerización radicalaria de transferencia atómica, ATRP (por sus siglas inglés). Esta metodología requiere la inmovilización previa de un inicio sobre la superficie de sílica, lo cual se hace mediante un procedimiento q involucra dos pasos. Primero se fijan moléculas de propanol sobre superficie, y luego se esterifican estas con bromuro de 2-bromc metilpropanoilo. Posteriormente, cuatro monómeros derivados del ácido acrílico (HEMA, HEA, AAE y AAP) se polimerizan sobre el iniciador. Las películas poliméricas preparadas permitieron la separación exitosa varias mezclas de proteínas, alcanzándose eficiencias próximas al millón platos teóricos por metro y excelente reproducibilidad de los tiempos migración. Los recubrimientos que exhibieron las mejores separaciones biomoléculas fueron poliHEMA sin entrecruzamiento y AAP entrecruzado bisacrilamida

Síntesis de redes de proceso para la producción de ésteres principales del alcohol isoamílico, componente principal del aceite Fusel, utilizando la metodología P-Graph

El presente trabajo resume la síntesis de redes de proceso para los ésteres principales del alcohol isoamílico, componente principal del aceite fusel, utilizando la metodología P-graph. El estudio inició con el análisis del contexto y el proceso productivo del bioetanol en Colombia para, posteriormente, definir qué es el aceite fusel y la importancia de su componente mayoritario, el alcohol isoamílico, como precursor en la elaboración de ésteres con aplicaciones de sabores y fragancias. Posteriormente, se realizó una exploración inicial sobre cuáles de los ésteres de isoamilo reportados en la literatura tienen aplicaciones en sabores y fragancias para luego definir los ésteres principales del alcohol isoamílico como aquellos que presentan proveedores a nivel mundial reportados, rutas de síntesis reportadas a través de la reacción de Fisher y disponibilidad en el mercado en grandes cantidades. Una vez conocidos los ésteres principales del alcohol isoamílico, estos fueron clasificados mediante un análisis de factores multicriterio que permite calcular un índice acumulativo con base en aspectos económicos, ambientales y sociales. Posteriormente se realizó un análisis técnico y económico mediante el modelado y simulación de procesos convencionales y de destilación reactiva para aquellos ésteres de isoamilo que contaran con modelos de cinética química reportados en la literatura. Finalmente, con base en los resultados del análisis técnico económico, fue implementada y resuelta la metodología P-graph mediante la construcción y evaluación de una superestructura. Como resultados finales, se ilustran las redes de proceso obtenidas junto con sus respectivas rentabilidades las cuales fueron evaluadas bajo diversas condiciones de mercadoAbstract: This work summarizes the process network synthesis for the main esters of isoamyl alcohol, main component of fusel oil, using the P-graph methodology. The study began with the analysis of the bioethanol context and production process in Colombia and later the definition of fusel oil and the importance of its major component, isoamyl alcohol, as a precursor in the elaboration of esters with applications of flavors and fragrances. Subsequently, an initial research was conducted to identify which isoamyl esters reported in the literature have applications in flavors and fragrances to then define the main esters of isoamyl alcohol as those with reported global suppliers, synthesis routes reported through Fisher's reaction and market availability in large quantities. Once the main esters of isoamyl alcohol were known, they were classified through a multi-criteria factor analysis that allows calculating a cumulative index based on economic, environmental and social aspects. Later, a technical and economic analysis was carried out through the modeling and simulation of conventional and reactive distillation processes for those isoamyl esters that would have chemical kinetic models reported in the literature. Finally, based on the results of the technical and economic analysis, the P-graph methodology was implemented and solved through the construction and evaluation of a superstructure. As final results, the obtained process networks are illustrated with their respective profitability, which were evaluated under diverse market conditions.Maestrí

Degradación fotocatalítica de los contaminantes 2-clorofenol y 4-clorofenol presentes en agua residuales empleando SBA-15 modificado con galio como fotocatalizador

En el presente proyecto de investigación a nivel maestría se estudia el efecto de la incorporación de galio en diferentes proporciones en peso (1, 3, 5 y 10%) a la estructura mesoporosa SBA-15 caracterizando sus propiedades químicas, físicas, texturales y ópticas, y su actividad catalítica en la degradación fotocatalítica de los contaminantes presentes en aguas residuales. La síntesis de los distintos materiales se llevó a cabo utilizando el método de coprecipitación a temperatura constante en un baño térmico con el propósito de una adecuada incorporación de galio a la estructura mesoporosa. Se realizó la síntesis de materiales SBA-15 modificados con galio, manteniendo un pH y temperatura constante durante la síntesis, lo anterior con el propósito de controlar el tamaño de poro y área superficial para obtener una mayor eficiencia en la actividad catalítica. La evaluación catalítica se realizó utilizando una fuente de irradiación de luz (UV) para la degradación fotocatalítica de los contaminantes presentes en aguas residuales como 2- Clorofenol y 4-Clorofenol utilizando los fotocatalizadores SBA-15 modificados con galio, las reacciones de degradación fueron seguidas utilizando un espectrofotómetro de Uv-Vis, los resultados experimentales indicaron que el mayor porcentaje de degradación de estos contaminantes se obtienen con SBA-15 modificada con galio a un 3% en peso. Este resultado se puede explicar por un intercambio interatómico de heteroátomos de silicio y galio dentro de la estructura de SBA-15, es importante mencionar que se obtiene casi el mismo porcentaje de degradación de este material y el óxido de galio, la importancia de esta comparación es que se requiere una menor cantidad de óxido de galio para que se lleve a cabo este proceso de degradación, que la estructura de SBA-15 mantuvo sus características de estabilidad estructural, aun cuando sus propiedades físicas se vieron un poco modificadas, por lo que se puede decir que es un buen soporte

Recubrimientos controlados de estructuras metalorgánicas porosas para su aplicación en sensores y membranas de nanofiltración

Los materiales metalorgánicos porosos (MOF) son materiales híbridos inorgánico-orgánicos cristalinos compuestos por clústeres metálicos unidos por ligandos orgánicos. Sus características excepcionales (superficie específica, flexibilidad, estructuras abiertas y porosas, su capacidad de tamizado molecular y de funcionalización) han permitido que sean utilizados y estudiados para una amplia gama de aplicaciones. Su aplicación en forma de película delgada, objetivo principal de esta tesis, en los últimos años se está convirtiendo en un campo de rápida evolución. En esta tesis doctoral se sintetizan estos materiales, los ZIF específicamente (con topologías zeolíticas) para la preparación de recubrimientos y membranas.Otros materiales también utilizados en esta tesis son los CNT (carbon nanotubes, nanotubos de carbono). Son partículas cilíndricas constituidas, por una o más láminas de átomos de carbono enrolladas sobre sí mismas, con dimensiones generalmente nanométricas. Su geometría hace que presenten propiedades sorprendentes a nivel microscópico, con extraordinarias propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas. La estructura porosa y, en general, las características superficiales de estos materiales, los han convertido en uno de los materiales potenciales más prometedores para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería en los últimos años. La especial morfología de los nanotubos de carbono hace pensar en la posibilidad de preparar nuevos materiales con propiedades mejoradas, ya sea únicamente a partir de nanotubos con diferentes características u ordenación, o bien combinándolos con otros materiales para formar materiales compuestos. Es así, que en esta tesis dichos materiales se combinan con los ZIF ya mencionados (ZIF-8/CNT) con el fin de obtener un efecto favorable en el rendimiento de las membranas.La naturaleza porosa y demás propiedades estructurales de los ZIF permiten su aplicación como sensores. Los sensores, son sistemas que perciben una señal o energía de entrada y la convierten en una señal o energía de salida por una acción externa, como temperatura, presión, etc. Muchos esquemas de transducción de señales requieren una interfaz física entre el ZIF y un dispositivo. Esto generalmente implica fabricar el MOF como una película delgada sobre una superficie. Específicamente, la microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) detecta analitos a pequeños cambios en la frecuencia de una vibración resonante que se propaga perpendicular a la superficie de un cristal de cuarzo. En esta tesis, se detalla esta aplicación, obteniéndose recubrimientos homogéneos con tamaños de cristales de 65 ± 20, 285 ± 96, 61 ± 20 y 72 ± 21 nm para ZIF-8, ZIF-67, ZIF-7 y ZIF-93, respectivamente, sobre vidrios para luego extrapolar los procedimientos a los QCM, previamente funcionalizados. Diferentes técnicas de caracterización tales, como: XRD, ángulo de contacto, FTIR, SEM, etc. demostraron la efectividad de la formación de las películas, que posteriormente formaron parte de sensores másicos QCM para determinar las propiedades de adsorción de los ZIF en estudio. Cabe destacar que los recubrimientos de ZIFs se expusieron a vapores de diclorometano para su activación Esto permitió la consecución de isotermas de adsorción de CO2 del mismo tipo que las obtenidas con polvos activados a 200 °C pero dando lugar a capacidades de adsorción algo menores, dependiendo de la naturaleza y tamaño de poro de los ZIF. Así, el ZIF-8 y ZIF-67 presentaron valores similares a los de sus respectivos polvos; sin embargo, las diferencias fueron mayores al 20% para ZIF-7 y ZIF-93.La tecnología de membranas se ha destacado como una de las técnicas de separación más eficientes, desde el punto de vista económico, ingenieril y medioambiental, cuando se la compara con otros procesos de separación como la destilación criogénica, la absorción con aminas o la adsorción química o por cambio de presión o temperatura. Uno de los campos de aplicación de la separación por membranas, estudia la nanofiltración, que ha adquirido una gran importancia para la separación de disoluciones acuosas y de compuestos dispersos en disolventes orgánicos (OSN, organic solvent nanofiltration). Dentro de estas, las membranas de nanocompuestos de película delgada (TFN, thin film nanocomposite) preparadas por una polimerización interfacial (IP) donde se añaden los MOF, mejoran notablemente las características de la capa polimerizada interfacialmente ofreciendo un buen rendimiento, aumentando la permeación, sin perjudicar el rechazo de la membrana thin film composite (TFC). Un enfoque típico para la preparación de una película delgada de MOF implica elegir primero un MOF existente de interés y encontrar un método para procesarlo en forma de película sobre un sustrato dado. El procedimiento de deposición de la película puede ser más o menos específico para el MOF en cuestión, siendo este un campo en continuo desarrollo, publicándose un número considerable de contribuciones importantes como: crecimiento in situ, crecimiento de semilla, síntesis interfacial, contra-difusión, autoensamblaje, dip-coating, layer by layer, liquid phase epitaxy (LPE), entre otros. En este contexto, la técnica dip-coating es la aplicada en esta tesis para la fabricación de membranas de película delgada (TFN) para nanofiltración, con recubrimiento previo de ZIF-8 y ZIF-67 sintetizandos de forma rápida en una solución sal-ligando diluido en metanol a temperatura ambiente, buscando tamaños pequeños así: 70±10 nm y 240± 40 nm, respectivamente, que son depositados sobre el polímero; en concreto, se forma una monocapa de ZIF sobre la superficie de un soporte poroso y asimétrico de PI (poliimida). Esto permite mantener controlado el espesor de la capa selectiva de PA (poliamida), evitando así las aglomeraciones, que podrían dar lugar a la creación de defectos. La membrana obtenida se aplicó a la nanofiltración de disoluciones del colorante SY (sunset yellow) en metanol. Este método permitió un control de la distribución de MOF sobre el soporte, resultando ser muy simple, corto y respetuoso con el medio ambiente, ya que no se pierde MOF en exceso durante la polimerización interfacial. En comparación con otros métodos, los resultados de OSN fueron prometedores: rechazo de colorante de 90% junto con una alta permeabilidad de metanol de 8,7 L. m-2. h -1bar-1. Además, si se compara con las membranas TFC, el PA / ZIF-8_1L muestra un aumento del 150% en la permeabilidad, mayor que los logrados con otros métodos con metanol. La aplicación para separaciones gaseosas en esta tesis, se prueban en membranas prensadas y MMM. Las membranas MMM consisten en dispersar materiales inorgánicos nanoestructurados porosos (aunque, si bien no es lo corriente, también pueden ser no porosos) en una fase polimérica continua. Los materiales de relleno empleados son los MOF, cuya porosidad los hace atractivos para aplicaciones de almacenamiento de gas, donde la densidad gaseosa dentro de la estructura puede incrementarse en relación con el seno del gas debido a las interacciones entre la estructura porosa y las moléculas huésped. Hay dos regímenes energéticos primarios de interacción gas-estructura metalorgánica: quimisorción, donde la captación del gas depende de una transformación química (por ejemplo, formación de enlace) y fisisorción, donde la molécula huésped interactúa con el campo eléctrico producido por la estructura porosa. En contexto, la aplicación abordada se limitó a un estudio preliminar de la influencia del campo eléctrico en la permeación de gases individuales de membranas prensadas compuestas de CNT y ZIF-8 y MMM. Las MMM de polisulfona comercial (PSF) Udel®, Pebax® 1657 y Matrimid® 5218 con alta carga de ZIF-8, fueron probados primero sin campo eléctrico en el módulo metálico. Los resultados obtenidos mostraron mayores permeabilidades en CO2 que las correspondientes membranas de polímero puro, y con selectividades similares, llegando hasta una selectividad mayor para la membrana Pebax® 1657/ZIF-8. Esta última, se probó con campo eléctrico. Estas membranas mostraron una buena compatibilidad entre las cadenas poliméricas y las partículas del ZIF. Las membranas prensadas CNT/ZIF-8 con aplicación de campo eléctrico muestra valores mayores de permeabilidad para CO2 respecto a CH4. Las selectividades resultantes fueron bajas para todas las membranas, esto ocurrió posiblemente debido a ajustes propios del módulo eléctrico al momento de la medición del gas. Sin embargo, cabe destacar que hubo un incremento de selectividad (8,33%) en la membrana CNT/ZIF-8 para CO2/N2 y (8,5 %), (6,01 %) y (2,6 %) para CO2/N2, CO2 /CH4 y CH4/N2 respectivamente. <br /

Estudio y diseño de procesos reacción extracción simultáneos

A pesar que se ha demostrado en procesos de destilación reactiva las ventajas de la utilización de los conceptos de termodinámica topológica, no existe en las referencias bibliográficas un trabajo de investigación orientado a la implementación general de los criterios topológicos de equilibrio químico y de fases a los procesos de reacción separación simultáneos (RSS). Por este motivo, no hay un esquema de diseño claro y válido que determine la viabilidad de los procesos RSS, provocando con ello una alta inversión en investigación puramente experimental, sin la adecuada fundamentación teórica. Por esta razón en esta investigación se desarrolló una metodología fundamentada en nuevos conceptos teóricos para el diseño e implementación de procesos reacción separación. El desarrollo de la metodología para los procesos RSS, permitió determinar su viabilidad y sus posibles esquemas tecnológicos. Con lo anterior se logró reducir notoriamente los tiempos empleados en cálculos rigurosos e investigación netamente experimental, obteniendo como resultado, un proceso de extracción reacción altamente eficiente y validado teóricamente. El problema se abordó desde el enfoque de equilibrio y desde allí se generaron esquemas de diseño para sistemas con reacciones reversibles e irreversibles. El punto más relevante llevó a la generación de métodos cortos para procesos de extracción reactiva y fermentación extractiva, que permiten evaluar con poca información termodinámica si es posible llevar a cabo un proceso de reacción separación. Los resultados obtenidos por la metodología fueron comprobados con experimentación demostrándose con ello la eficiencia del método propuesto. Finalmente, los resultados de este trabajo permitieron crear un nuevo equipo de separación reacción que está en proceso de adquirir su patente / Abstract: Despite, it has been demonstrated the advantages of using the topological thermodynamics concepts applied to reactive distillation process, it does not exist in the scientific papers a research oriented to implementation of topological principles of chemical and phase equilibria to reactive separation processes. Consequently, there is not a design methodology clear and valid that determines the viability of reactive separation processes, causing a high inversion in experimental research, without the appropriate theoretical foundation. For this reason, in this investigation was developed a methodology based in new theoretical concepts for designing and implementation of reactive extraction processes. This methodology allowed assessing the viability and feasible technological scheme of the reactive extraction processes. Whit the above mentioned it was possible to reduce the used time in rigorous calculations and experimental research, obtaining as a result, a highly efficient reactive separation process and validated theoretically. The problem was tackled from equilibrium approach for generating design schemas for systems with reversible and no-reversible reactions. The most outstanding point drive to generation short cut methods for reactive extraction and reactive fermentation processes. The developed short cut methods allow whit little information to determine the feasibility that a reactive extraction or extractive fermentation processes can occur. The outcomes obtained by the methodology were tested thought experimentation demonstrating its effectiveness. Finally, the results of this work allowed creating a new separation-reaction device which is acquiring their patent.Doctorad

PREPARACIÓN DE MEMBRANAS HÍBRIDAS POLÍMERO/ZIFs PARA LA PERMEACIÓN DE CO2

APARTIR DE LA RECUPERACIóN DE LDPE SE SINTETIZARON MEMBRANAS DE ZIF PARA ADSORCIóN DE CO2El presente trabajo se centró en las membranas híbridas o membranas de matriz mixta (MMMs, por sus siglas en inglés), las cuales cuentan con un alto potencial en la investigación y desarrollo en la separación de gases en virtud de su alta selectividad en gases puros o mezclados. Los materiales que las componen tienen diversos tamaños de poro lo que hace que funcione como un tamiz específico para la separación de gases. Se sintetizaron MMMs para la permeación de Bióxido de Carbono (CO2) compuestas de tres materiales: ZIF-8 (por sus siglas en inglés, Zeolitic Imidazolate Framework) el cual está formado por iones de zinc y 2-metilimidazol (ligando), polietileno de baja densidad (LDPE, por sus siglas en inglés, Low Density Polyethylene) el cual es un polímero que se utiliza como soporte y por ultimo una malla de acero inoxidable para dar una resistencia mecánica al soporte. El LDPE y la malla de acero inoxidable se utilizaron como soporte de la membrana híbrida polímero/ZIFs para dar las dimensiones (espesor y diámetro) y morfología de la MMMs a través de una técnica de procesamiento llamado recubrimiento por centrifugación (spin coating, en inglés) que ofrece un potencial alto para la fabricación de membranas libres de defectos, el polímero fue depositado sobre una malla de acero inoxidable para cubrirla por completo y de esta manera obtener los soportes. Las MMMs fueron sintetizadas mediante un proceso de crecimiento solvotermal in-situ; donde se realiza la funcionalización de la superficie del soporte generado por spin coating, para posteriormente caracterizarlas y realizarles las pruebas de permeación de CO2. Los resultados muestran una membrana híbrida completamente integrada, sin fracturas ni defectos (evaluada por microscopía electrónica de barrido), su fase establecida (mediante difracción de rayos X) y una estabilidad térmica de 300 °C (mediante análisis Termogravimétrico). Posteriormente se realizaron las pruebas de permeación de gases; lo cual confirma la permeación de CO2.CONACYT, UAEME