Autor: Claudia López

Resumen

Con el crecimiento industrial y tecnológico alrededor del mundo, se ha acrecentado el impacto de la contaminación ambiental, siendo una de las problemáticas principales contemporáneas, aunado a esto, se han detectado casos de afectación a la salud humana.  Con el objetivo de minimizar este impacto se propone un método de tratamiento y remoción de metales y metaloides, más específicamente para el tratamiento de aguas residuales industriales.  El método propuesto para este proyecto fue la fotocatálisis heterogénea, que con la ayuda de un catalizador como el dióxido de titanio (TiO2), es una de las aplicaciones fotoquímicas de estudio actual que puede utilizarse para tratar muestras complejas de varios contaminantes dando buenos resultados frente al manejo de los desechos principalmente en solución.

Para llevar a cabo el proceso de fotocatálisis heterogénea se diseñó y fabricó un sistema fotocatalítico el cual consistió básicamente de un tanque de almacenamiento y un colector solar tubular plano. El objeto de estudio fue el antimonio (Sb), que al tener una extensa variedad de aplicaciones lo convierte en un contaminante emergente. 

Se elaboró una muestra fortificada de 1 mg/L de antimonio en una solución acuosa, la cual se trató en el colector solar tubular plano a flujo continuo, evaluando su desempeño en la oxidación de antimonio para después removerlo con cloruro férrico, modificando las siguientes variables: tiempos de exposición, concentración del catalizador, pH y monitoreando la luz ultravioleta recibida de la radiación solar. Los niveles de antimonio esperados en la remoción fueron de 0.006 mg/L tomando como base los límites máximos permisibles de la Agencia de Protección Ambiental para agua potable. Se hicieron pruebas hasta encontrar los porcentajes más altos de remoción, los resultados obtenidos fueron de 74.2% a pH 7 con 1 gramo de TiO2 y 10 mililitros por hora de H2O2, 99.54% a pH 7 con 4 gramos de TiO2,  86.72% a pH 4 con 3 gramos del TiO2, a 10, 20 y 8 horas de exposición respectivamente, con un rango de luz UV de 4-11 monitoreada de la estación meteorológica de la ciudad. La remoción de antimonio se cuantificó mediante espectrofotometría de absorción atómica.

Resumen

El acoplamiento de técnicas de análisis en flujo con dispositivos diseñados e impresos en tres dimensiones es un tema de interés en el área de química analítica.  La combinación de los dispositivos impresos 3D y las técnicas de análisis en flujo presenta como principal ventaja la miniaturización, ya que dentro de un mismo dispositivo se pueden llevar a cabo pre-tratamientos de muestra como la pre-concentración y especiación del analito de interés, así como su determinación analítica.

Debido a que en las muestras de medio ambiente, los metales están presentes a concentraciones traza y ultra-traza, se han desarrollado metodologías de pre-concentración, y una de las más efectivas y usadas es la extracción en fase sólida (SPE).  Para el desarrollo de métodos automatizados que incluyan una SPE, se han diseñado e impreso dispositivos en 3D utilizando como técnica de impresión la deposición capa por capa, que a su vez utiliza como material de impresión una resina. Estos dispositivos tienen estructuras complejas, diseñadas para el soporte de discos y membranas comerciales.

Recientemente, se ha reportado el acoplamiento de metodologías automatizadas que tienen dispositivos impresos 3D con sistemas de detección, como el ICP-MS y la espectrofotometría, para la determinación múltiple de metales, y en particular, para la especiación y determinación de Fe.

Resumen

El presente trabajo de investigación es dirigido al estudio de materiales cerámicos con una estructura hexagonal tipo perovskita con grupo espacial R3c (BiFeO3). Estos materiales tipo perovskita principalmente tienen aplicaciones dentro del área de almacenamiento y transporte de datos. Al obtener este tipo de materiales se presentan tres problemas principalmente, impidiendo una funcionalidad adecuada al momento de ser utilizados: baja densidad cristalográfica después del sinterizado; alta fuga de corriente debido al aumento de vacancias y la obtención en su estado puro que es muy complicado por la pérdida de bismuto durante su sinterización. En el presente trabajo se optó por trabajar con el método de síntesis sol-gel reacción glicol.

En la síntesis de ferrita de bismuto se controlaron diferentes variables químicas para obtener el material en su estado puro. Se dio principal énfasis en la temperatura, tiempo de reacción y densificación, moliendas, y agentes aglutinantes entre otros. El hecho de encontrar la fase pura de la ferrita de bismuto es posible deducirla mediante la técnica de difracción de rayos X, ya que previamente se puede simular un patrón de la estructura hexagonal mediante FindIt y compararlo con el obtenido experimentalmente. Por lo tanto, éste método se vuelve inequívoco una vez obtenido el material. Además para confirmar la presencia de la estructura hexagonal se utilizó el microscopio electrónico de barrido, en el modo de electrones retro-dispersados para determinar su composición química y relación estequiométrica usando electrones de energía dispersiva EDS.

Resumen

En el desarrollo de nuevos materiales, los grupos de investigación se han enfocado en la utilización de materiales cerámicos, capaces de cumplir múltiples tareas, basadas en el conocimiento de su comportamiento estructural, eléctrico y magnético. Entre estos se encuentran los materiales basados en Manganeso (Mn), conocidas como manganitas, las cuales presentan diversos fenómenos interesantes capaces de dar una posible solución a muchos de los retos en el área de investigación científica.

Entre los proyectos desarrollados, se encuentra la síntesis por reacción de estado sólido de manganitas de La0.5Ca0.5Fe1-xMnxO3, con el fin de obtener el grado de maestría en Ciencias Física en la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales para el año 2015, posteriormente se hizo caracterización estructural, eléctrica y magnética con el fin de comprender como se altera la respuesta debido al reemplazo de iones de Mn3+ por iones de Fe3+ o iones Fe4+, en el sitio B de la estructura ABO3 presente. Esta investigación permitió realizar una publicación.

Entre los puntos importantes de esta investigación, se enfoca la comprensión de efectos como el doble intercambio (DE) que relacionan una interacción de portadores de carga (iones – electrones) que está ligados a cambios en la magnetización y en la orientación de spin.

Al observar este tipo de comportamiento, se pueden tomar potencialmente a este tipo de materiales como: materiales de almacenamiento y materiales para celdas de combustible de hidrogeno de óxido sólido (SOFC). Este último caso se le ha prestado mayor atención y por el cual me encuentro realizando estudios en el Centro de Investigación de Materiales Avanzados CIMAV, ya que posiblemente se puede utilizar como electrodo, capaz de catalizar el proceso de reducción del oxígeno en la celda SOFC.

Entre otros trabajos que se están realizando en alianza CIMAV y Universidad Nacional de Colombia sede Manizales son, Tesis de Doctorado basado en la producción y caracterización de materiales para Celdas SOFC, la síntesis de nano-compuestos de La0.7Ca0.3Fe1-xMnxO3 por la ruta de Sol-Gel.