Obtención y caracterización de un nanocompuesto monolítico híbrido vía proceso sol-gel

A monolithic porous composite was synthesized by sol–gel process, containing the maximum and significant amount of bentonite that allows its use as a filter bed in aqueous effluents treatment. This process is able to apply on an industrial scale. The bentonite used was an efficient adsorbent for various contaminant molecules in aqueous media when is operated in a batch stirred tank, but presents difficulty in the separation stage of suspended particles. In this laboratory-scale work, cylindrical monoliths of 9 cm length by 2 cm diameter were made that can be used as a filter bed. The primary composite, silica-resin, was prepared by the sol–gel precursor mixture of the partially hydrolyzed tetraethylorthosilicate and a phenol-formaldehyde resin. Bentonite was added to the pre-gelling, obtaining the silica-resin-bentonite composite, made up the gel which is then dried and cured at 270 °C. The different composites mineralogical and structurally were evaluated. The preliminary performance of the developed bentonite filter bed showed almost 90% adsorption of diphenylamine, a commercial agrochemical widely used as anti-antiscaldant in postharvest treatment of fruit, and showed that the bentonite conserves its adsorption capacity and controls the swelling of the interlayer space which encourages further research studies applied to water treatment.Se sintetizó vía sol-gel un compuesto híbrido monolítico poroso, con la máxima cantidad significativa de bentonita que permite su uso como lecho filtrante, lo que podría aplicarse en el tratamiento de efluentes acuosos a escala industrial. La bentonita utilizada es un eficiente adsorbente de varias moléculas de contaminantes presentes en medios acuosos cuando se opera por lotes en tanque agitado, pero presenta la dificultad de separar las partículas suspendidas. Para este trabajo a escala de laboratorio se realizaron monolitos cilíndricos de 9 cm de largo por 2 cm de diámetro que pueden ser usados como lecho filtrante. El compuesto primario, sílice-resina, se preparó mediante la mezcla precursora sol-gel de tetraetilortosilicato parcialmente hidrolizado y resina fenol-formaldehído. Se añadió bentonita a la mezcla precursora durante la gelificación, para obtener el compuesto sílice-resina-bentonita. Luego del proceso de envejecimiento del gel se cura a 270 °C. Los diferentes compuestos fueron evaluados mineralógica y estructuralmente. El rendimiento preliminar mostró casi el 90% de adsorción de difenilamina, un agroquímico comercial altamente utilizado como antiescaldante en las industrias poscosecha de frutas, y mostró que la bentonita conserva su capacidad de adsorción y controla el hinchamiento del espacio interlaminar, lo que motiva a futuras investigaciones aplicadas al tratamiento de aguas.Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Development of low density refractory materials from nanostructured binder and coal

En este trabajo se estudia el desarrollo de materiales cerámicos refractarios de baja densidad utilizando un agente ligante que genere, luego de calcinados, nanoestructuras cerámicas. Además, se adicionaron al sistema fuentes de carbono como agentes formadores de poros con el objetivo de disminuir la densidad final del material. Como materias primas se utilizaron dos arcillas caoliníticas argentinas, gel de fosfato de aluminio que actúan como agentes ligantes y distintas fuentes de carbón (carbón residual de petróleo, carbón vegetal y negro de humo). Se obtuvieron cerámicos con densidades menores a 2 g/cm3 y variada resistencia mecánica a la flexión (8,02-26,87 MPa). Se observó que las propiedades de los materiales cerámicos, para materiales desarrollados bajo iguales condiciones, varían según la fuente de carbono utilizada.In this work was studied the development of low density refractory ceramic materials using precursors that produce nanostructured ceramics binders after calcination. Several coal sources were also added as pore forming agent, in order to decrease the final density of the material. As raw material, two Argentine kaolinitic clays, aluminum phosphate gel as binder agent and different coal sources (residual petroleum coal, charcoal and carbon black) were used. Low density ceramic materials were obtained (less than 2 g/cm3) with varied values of flexural strength (from 8.02 to 26.87 MPa). It was also observed that the properties of the ceramic materials obtained, under the same conditions, vary according to the coal source used.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Ceramic material porous structure prepared using pore-forming additives

Porous ceramic materials exhibit high permeability, specific surface, and thermal shock resistance, and therefore they may be used successfully in the production of filters, membranes, and as a substrate for catalytic reactions, etc. One method for preparing high material porosity is addition of a pore-forming substance. Porosity (open and closed), pore size distribution, their size and shape, depend on the nature, amount, and morphology of pore-forming substance. In this article the effect is elucidated of three different types of carbon additives on porosity of ceramic prepared from clay and chemical binder precursor. Carbon materials are studied in an x-ray diffractometer. Ceramic material properties are studied using a mercury porosimeter, the Archimedes method, scanning electron and optical microscopes, and microcomputer tomography.Centro de Tecnología de Recursos Minerales y CerámicaFacultad de Ciencias Exacta

Development of low density refractory materials from nanostructured binder and coal

En este trabajo se estudia el desarrollo de materiales cerámicos refractarios de baja densidad utilizando un agente ligante que genere, luego de calcinados, nanoestructuras cerámicas. Además, se adicionaron al sistema fuentes de carbono como agentes formadores de poros con el objetivo de disminuir la densidad final del material. Como materias primas se utilizaron dos arcillas caoliníticas argentinas, gel de fosfato de aluminio que actúan como agentes ligantes y distintas fuentes de carbón (carbón residual de petróleo, carbón vegetal y negro de humo). Se obtuvieron cerámicos con densidades menores a 2 g/cm3 y variada resistencia mecánica a la flexión (8,02-26,87 MPa). Se observó que las propiedades de los materiales cerámicos, para materiales desarrollados bajo iguales condiciones, varían según la fuente de carbono utilizada.In this work was studied the development of low density refractory ceramic materials using precursors that produce nanostructured ceramics binders after calcination. Several coal sources were also added as pore forming agent, in order to decrease the final density of the material. As raw material, two Argentine kaolinitic clays, aluminum phosphate gel as binder agent and different coal sources (residual petroleum coal, charcoal and carbon black) were used. Low density ceramic materials were obtained (less than 2 g/cm3) with varied values of flexural strength (from 8.02 to 26.87 MPa). It was also observed that the properties of the ceramic materials obtained, under the same conditions, vary according to the coal source used.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Activated bentonite nanocomposite for the synthesis of solketal from glycerol in the liquid phase

Activated bentonites are low-cost acid catalysts used in several reactions. However, their application at an industrial scale is affected by the formation of colloidal suspensions when these bentonites are in aqueous solutions. In order to overcome these limitations, this work proposes obtaining a catalyst based on a composite containing natural bentonite within a silica–resin structure, which allows separating and re-utilizing the catalyst more easily and without centrifugal filtration requirements. By means of characterization techniques, the present study determined that the activated bentonite composite presented a total specific surface area of ~360 m² g⁻¹, ~4 mmol of acid sites per gram of bentonite, and sites with strong acid strength, all of which bestowed activity and selectivity in the solketal synthesis reaction from glycerol and acetone, reaching equilibrium conversion within a short reaction time. Furthermore, the present work developed a Langmuir– Hinshelwood–Hougen–Watson kinetic model, achieving an activation energy of 50.3 x 3.6 kJ mol⁻¹ and a pre-exponential factor of 6.4 x 106 mol g ⁻¹ L⁻¹ s⁻¹, which are necessary for reactor design.Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias AplicadasFacultad de IngenieríaCentro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Preparation and characterization of bentonite nanocomposites via sol–gel process

Different nanocomposites silica-resin based were prepared and characterized in order to achieve a porous monolith that contains bentonite and allows the flow of aqueous systems. The bentonite used to prepare the nanocomposites was a good adsorbent for various molecules in aqueous media in stirred tank reactor. But the challenge was the obtention of porous bentonite composite columns for industrial applications. The primary composite, silica-resin, was prepared by the sol–gel precursor mixture of the tetraethylorthosilicate (TEOS) and a phenolic resin, made up the gel which is then dried and cured at 180 °C. Bentonite was added to the precursor mixture obtaining the, silica-resin-bentonite composite, and also other potencial adsorbent, carbon, was added obtaining the silica-resin-bentonite-carbon composite. The different composites were mineralogical and structurally evaluated by X-ray diffraction, Infrared spectroscopy with Fourier transform, Differential thermal analyses and thermogravimetric analyses. The textural characterization was performed by Adsorption of nitrogen (Sg-BET), Mercury intrusion porosimetry and Scanning electron microscopy. The comparison of the characteristics and properties between the composites evidenced that the addition of bentonite modify the sol–gel process and interferes in the composite cured process, so that, modify the mesoporosity and macroporosity of the composite. But, there is a maximum clay limit to obtain an homogeneous monolith. The addition of carbon decreases the porosity of the composite to a greater extent when the granulometry is greater.Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Obtención y caracterización de un nanocompuesto monolítico híbrido vía proceso sol-gel

A monolithic porous composite was synthesized by sol–gel process, containing the maximum and significant amount of bentonite that allows its use as a filter bed in aqueous effluents treatment. This process is able to apply on an industrial scale. The bentonite used was an efficient adsorbent for various contaminant molecules in aqueous media when is operated in a batch stirred tank, but presents difficulty in the separation stage of suspended particles. In this laboratory-scale work, cylindrical monoliths of 9 cm length by 2 cm diameter were made that can be used as a filter bed. The primary composite, silica-resin, was prepared by the sol–gel precursor mixture of the partially hydrolyzed tetraethylorthosilicate and a phenol-formaldehyde resin. Bentonite was added to the pre-gelling, obtaining the silica-resin-bentonite composite, made up the gel which is then dried and cured at 270 °C. The different composites mineralogical and structurally were evaluated. The preliminary performance of the developed bentonite filter bed showed almost 90% adsorption of diphenylamine, a commercial agrochemical widely used as anti-antiscaldant in postharvest treatment of fruit, and showed that the bentonite conserves its adsorption capacity and controls the swelling of the interlayer space which encourages further research studies applied to water treatment.Se sintetizó vía sol-gel un compuesto híbrido monolítico poroso, con la máxima cantidad significativa de bentonita que permite su uso como lecho filtrante, lo que podría aplicarse en el tratamiento de efluentes acuosos a escala industrial. La bentonita utilizada es un eficiente adsorbente de varias moléculas de contaminantes presentes en medios acuosos cuando se opera por lotes en tanque agitado, pero presenta la dificultad de separar las partículas suspendidas. Para este trabajo a escala de laboratorio se realizaron monolitos cilíndricos de 9 cm de largo por 2 cm de diámetro que pueden ser usados como lecho filtrante. El compuesto primario, sílice-resina, se preparó mediante la mezcla precursora sol-gel de tetraetilortosilicato parcialmente hidrolizado y resina fenol-formaldehído. Se añadió bentonita a la mezcla precursora durante la gelificación, para obtener el compuesto sílice-resina-bentonita. Luego del proceso de envejecimiento del gel se cura a 270 °C. Los diferentes compuestos fueron evaluados mineralógica y estructuralmente. El rendimiento preliminar mostró casi el 90% de adsorción de difenilamina, un agroquímico comercial altamente utilizado como antiescaldante en las industrias poscosecha de frutas, y mostró que la bentonita conserva su capacidad de adsorción y controla el hinchamiento del espacio interlaminar, lo que motiva a futuras investigaciones aplicadas al tratamiento de aguas.Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámic

Hydrothermal Stability of Ru/SiO2–C: A Promising Catalyst for Biomass Processing through Liquid-Phase Reactions

In this work, structural and morphological properties of SiO2–C composite material to be used as support for catalysts in the conversion of biomass-derived oxygenated hydrocarbons, such as glycerol, were investigated in liquid water under various temperatures conditions. The results show that this material does not lose surface area, and the hot liquid water does not generate changes in the structure. Neither change in relative concentrations of oxygen functional groups nor in Si/C ratio due to hydrothermal treatment was revealed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. Raman analysis showed that the material is made of a disordered graphitic structure in an amorphous silica matrix, which remains stable after hydrothermal treatment. Results of the hydrogenolysis of glycerol using a Ru/SiO2–C catalyst indicate that the support gives more stability to the active phase than a Ru/SiO2 consisting of commercial silica.Facultad de Ciencias Exacta

Agro-industrial wastewater treatment

La contaminación de los cursos de agua originada por el uso de agroquímicos es un tema de interés mundial y de la Argentina en particular. El uso de éstos en la agricultura es el método más común para el control de la sanidad de la fruta. El uso de agroquímicos en plantas industriales o sea en ámbitos acotados, permite un fácil acceso al control de la contaminación mediante el correspondiente tratamiento de los efluentes para evitar así que éstos lleguen a los cursos de agua. En el presente trabajo se realizó la simulación de efluentes según los datos relevados en agroindustrias de conservación y acondicionamiento de fruta. Tomando las concentraciones máximas de vertido, se simularon los efluentes y se evaluó la adsorción en un material arcilloso, bentonita, como método de tratamiento. Por tratarse de un estudio de aplicación directa a la industria, se trabajó con los agroquímicos comerciales, como es el caso de carbendazim, captan, etoxiquina, difenilamina, metilazinfos.Facultad de Ciencias Exacta

Agro-industrial wastewater treatment

La contaminación de los cursos de agua originada por el uso de agroquímicos es un tema de interés mundial y de la Argentina en particular. El uso de éstos en la agricultura es el método más común para el control de la sanidad de la fruta. El uso de agroquímicos en plantas industriales o sea en ámbitos acotados, permite un fácil acceso al control de la contaminación mediante el correspondiente tratamiento de los efluentes para evitar así que éstos lleguen a los cursos de agua. En el presente trabajo se realizó la simulación de efluentes según los datos relevados en agroindustrias de conservación y acondicionamiento de fruta. Tomando las concentraciones máximas de vertido, se simularon los efluentes y se evaluó la adsorción en un material arcilloso, bentonita, como método de tratamiento. Por tratarse de un estudio de aplicación directa a la industria, se trabajó con los agroquímicos comerciales, como es el caso de carbendazim, captan, etoxiquina, difenilamina, metilazinfos.Facultad de Ciencias Exacta