Categoría: Posgrado

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.

Resumen

Debido a la contaminación ambiental por radionúclidos, tanto artificiales como naturales, el monitoreo y control de los mismos, se han convertido en un aspecto de vital importancia para la mayoría de los gobiernos internacionales.

La automatización de los procedimientos radioquímicos para la determinación de radionúclidos a nivel ambiental, ha permitido simplificar considerablemente la extracción del radionúclido de interés con una importante mejora en el ahorro de reactivos, en la reducción de residuos, en la frecuencia de análisis y en la disminución de costos y tiempos de respuesta.

En el presente trabajo, se ha planteado como objetivo principal, el desarrollar, validar y aplicar métodos de separación radioquímica automáticos basados en técnicas de análisis por inyección en flujo multiconmutadas para la separación y preconcentración de radionúclidos en muestras de interés ambiental.

Por lo tanto, los métodos propuestos son altamente reproducibles, precisos y robustos, alcanzando un alto grado de automatización, lo que aumenta la seguridad del analista, por lo que constituyen una importante aportación en materia científica y tecnológica.

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Un sincrotrón es un centro de investigación en donde se producen rayos X 1 billon de veces más brillantes que los que se obtienen en fuentes utilizadas en equipos de laboratorio. Estos rayos X se manipulan mediante sistemas ópticos para obtener un haz 100 veces más pequeño que el diámetro de un cabello. Utilizando rayos X provenientes del sincrotrón en la línea ID21 del sincrotrón europeo (ESRF) en Grenoble, Francia hemos obtenido resultados importantes que nos ayudan a entender el impacto de la nanotecnología en el medio ambiente y sus seres vivos. La nanotecnología es la ciencia de producir materiales de dimensiones 10,000 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello. Estos materiales están presentes en la actualidad en muchos productos de consumo como cosméticos, cremas solares, tratamientos para prevenir infecciones, empaques de alimentos, productos de limpieza, etc.

Además, se plantean aplicaciones en medicina para tratamiento de cáncer y para la entrega especifica de medicamentos con alta selectividad en los órganos y células de interés. Sin embargo, el uso de estos nanomateriales aumenta su presencia en el medio ambiente y los posibles impactos en los ecosistemas. El uso del sincrotrón ha sido fundamental para poder localizar los elementos que conforman estos materiales e investigar su composición química en muestras de todos tipos como células, tejidos humanos, de animales y plantas, así como suelos y lodos de plantas de tratamiento. No podemos decir que la tecnología tiene solo impactos negativos, pero si podemos decir que su diseño y utilización debe ser cuidadosamente regulado y que estudios del ciclo de vida completo de estos materiales son de gran importancia para asegurar sus usos sin riesgo o minimizando el riesgo. Las técnicas de sincrotrón son una herramienta única y de gran ayuda para caracterizar y entender las interacciones e impactos negativos y positivos de los nanomateriales con el medio ambiente y los seres vivos.

Resumen

En la presente plática se pretende dar una panorámica del estado actual de desarrollo de membranas poliméricas nano compuestas para procesos de potabilización. Se describirán los principales resultados en torno a la obtención de compositos de triacetato de celulosa y diversos rellenos nanométricos, así como en la profundización de los mecanismos de remoción de elementos tóxicos tales como el arsénico y el uranio en procesos de filtración de agua.

El desarrollo de materiales nanoestructurados para operaciones de separación es actualmente una temática de gran interés y aplicación. Los procesos de membrana son ampliamente utilizados para la purificación, concentración y /o remoción de sustancias químicas presentes en medios líquidos o gaseosos. En particular, la osmosis inversa y la nanofiltración son tecnología de vanguardia aplicada en procesos de potabilización de agua. En el país se tiene la necesidad de generar los insumos necesarios para abastecer las plantas que se basan en estos procesos, ubicadas principalmente en regiones áridas para purificación del agua subterránea. En el proceso, la parte fundamental estriba en la membrana la cual es fabricada generalmente a partir de materiales costosos como la polisulfona y la poliamida. Las membranas nanocompuestas basadas en la incorporación de partículas inorgánicas (relleno) en matrices poliméricas han mostrado propiedades superiores respecto a los materiales convencionales. Los materiales nanoestructurados presentan características únicas desde el punto de vista morfológico, mecánico, térmico, químico etc. Las membranas nanocompuestas tienen una mayor capacidad mecánica, por efecto de la adición del relleno a esa escala. Es posible emplear por un lado, menos material en su fabricación, y por otro, tener tiempos de operación mayores que las membranas tradicionales.

La presente charla ahondará sobre los procesos de generación de nanopartículas de materiales como el carbón activo y lignina, y su incorporación en matrices poliméricas basadas en esteres de celulosa. Se describirán los estudios de caracterización que se han efectuado para elucidar el efecto de las nanopartículas dentro de la red de material orgánico, utilizando técnicas instrumentales de punta: microscopía de fuerza atómica, análisis mecánico dinámico con barrido de temperatura y recuperación, termoporometría, calorímetría de barrido diferencial con temperatura modulada, microscopía electrónica de barrido y de transmisión etc. Se describirán también los procesos de remoción de las especies tóxicas en agua basados en supuestos mecanismos híbridos de permeación.

Resumen

Para la producción de gas de síntesis (syngas), la oxidación parcial (POX) del metano es una reacción más eficiente que la reformación con vapor de agua (SMR), actualmente la tecnología dominante para la producción de hidrógeno. Para superar una de las desventajas más importantes de la reacción de POX, que trata del uso de oxígeno puro, se propone un óxido metálico (CoWO4) como transportador de oxígeno (POX-MeO). Usando un análisis termodinámico se presenta un arreglo de un sistema que involucra dos reactores. En el primero de ellos se llevan a cabo las reacciones POX-MeO (4CH4 + CoWO4 = 8H2 + 4CO + Co + W; 2CH4 + CoWO4 = 4H2 + 2CO2 + Co + W) y la no deseable formación de carbón (CH4 = C + 2H2), mientras que en el segundo reactor los productos sólidos del primero se combinan con vapor de agua para gasificar el carbón depositado (C + H2O = H2 + CO; C + 2H2O = 2H2 + CO2) y simultáneamente regenerar el óxido metálico para producir syngas (Co + W + H2O = CoWO4 + 4H2). El óxido regenerado se recircula al primer reactor para hacer un proceso continuo. Se realizó una simulación de este proceso en Aspen Plus tomando en cuenta un flujo inicial de 4 kmol/hr de metano. Se proponen cuatro análisis de sensibilidad para determinar las condiciones óptimas para el funcionamiento del proceso. En estas condiciones determinadas se encontró un 96% de conversión de metano y la producción de una corriente de syngas y otra con alta pureza de hidrógeno.

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En años recientes se ha intensificado la búsqueda de nuevos productos Agroquímicos, ya sean Plaguicidas (Insecticidas, Fungicidas, Bactericidas) o Fertilizantes (a base de Nitrógeno-Fósforo-Potasio, Micronutrientes como Boro-Zinc-Manganeso).

La población mundial aumenta sustancialmente cada año y la problemática real es la producción de más alimento por hectárea, viéndose la necesidad de encontrar alternativas amigables con el Medio Ambiente.

Los microorganismos autóctonos de los suelos tienen la habilidad de producir metabolitos secundarios que excretan a su medio, éstos son para facilitar el crecimiento de los consorcios o poblaciones microbianas de mutua ayuda (biopelículas y sintrofia). Estos metabolitos pueden ser hormonas para el crecimiento de las plantas como las auxinas y las giberelinas; enzimas como celulasas, exo y endo quitinasas, fitasas, fosfatasas y ligninasas, por mencionar algunas. El papel que juegan estos compuestos en el equilibrio del hábitat donde viven, es esencial para mantener un mejor funcionamiento de la relación Planta-Microorganismos-Suelos.

La búsqueda de microorganismos que sean capaces de mejorar la producción agrícola es un reto a nivel mundial, ya que a la par se disminuyen los niveles de contaminación en suelos, agua y aire; los productos microbianos generados se les denomina Bioplaguicidas y Biofertilizantes.

La Facultad de Ciencias Quimicas, UACH a través del CA-117 de Agrorrecursos ha generado investigación en esta área, obteniéndose resultados alentadores para la obtención de productos propios de la región y con amplia cobertura en diferentes cultivos como el frijol, tomate y chile jalapeño. Actualmente está en proceso una Patente para la Formulación de un Producto Fitosanitario.

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En el Estado de Chihuahua el poblado de Naica posee los cristales de selenita más grandes del mundo (hasta ahora).

Las características de estas estructuras han sido descritas desde hace más de cien años, pero es hasta el inicio del siglo XXI, con el descubrimiento de la “Cueva de los Cristales Gigantes” que el interés por ellos se ha acrecentado. Actualmente la actividad minera en la zona ha entrado en hiato después de varios años de intensa actividad antropogénica, por lo que se vuelve atractivo el estudio de los cambios que se dan en su entorno.
En los últimos años varios grupos multidisciplinarios se han dado a la tarea de describir el crecimiento de estos cristales como un equilibrio dinámico complejo que ha permanecido estable a lo largo de miles de años. Sin embargo, debido al cambio de las condiciones ambientales a las que actualmente la mina se encuentra sometida, estos cristales podrían sufrir alteraciones en su superficie. 

Debido a lo anterior, en este estudio se consideraron varios escenarios climáticos que pudieran producir el deterioro de los cristales de selenita con la finalidad de determinar los posibles escenarios futuros que pudiesen comprometer su integridad física y química de los mismos. Para realizar esto se sometieron muestras de selenita a entornos ricos en CH4, CO2 y NOx por periodos de tiempo desde un mes hasta un año a temperaturas de 25 y 60 °C para evaluar sus efectos. Bajo ciertas condiciones los cristales muestran opacamiento y daño en la superficie mientras que en algunos casos se ha detectado la presencia de basanita.