La combustión catalítica constituye una de las mejores alternativas para la purificación de corrientes de aire que contienen bajas concentraciones de compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Las corrientes industriales a purificar se encuentran usualmente a una temperatura cercana a la ambiente y, en la mayoría de los casos prácticos, los caudales que se deben procesar son muy elevados. Por otro lado, dependiendo de las sustancias a tratar y del catalizador empleado, la temperatura necesaria para la combustión catalítica se encuentra típicamente en el intervalo de 200 a 400 ºC. De esta manera, surge la necesidad de emplear esquemas de combustión que permitan recuperar la energía de los gases tratados de forma eficiente. Con dicho fin, resultan particularmente atractivos los sistemas de combustión autotérmicos (la energía necesaria para elevar la temperatura de la corriente a tratar proviene de la corriente efluente) con intercambio de calor regenerativo. En este tipo de sistemas, el intercambio de energía se realiza mediante un sólido que almacena la energía de la corriente caliente durante un período y la cede a la corriente fría en el siguiente período (a diferencia del intercambio de tipo recuperativo, el cual se realiza en forma directa, actuando el sólido presente como superficie de separación únicamente). Teniendo en cuenta los aspectos mencionados en los párrafos anteriores, en la presente Tesis se llevó a cabo el análisis de tres tipos de sistemas de combustión autotérmicos con intercambio de calor regenerativo. Dos de ellos corresponden a los sistemas conocidos como de inversión de flujo, en los cuales se opera un lecho (adiabático) invirtiendo el sentido de circulación en forma periódica. En particular, se analizó un esquema convencional (sistema estático con inversión mediante válvulas) y un esquema rotativo (sistema móvil, donde todo el conjunto gira sobre un eje). El tercer esquema analizado está constituido por un intercambiador de calor rotativo (regenerador) y un reactor adiabático convencional. Cabe destacar que ambos sistemas de inversión de flujo, así como el regenerador, operan bajo un estado transitorio, pero con ciclos que se repiten periódicamente. A los efectos de llevar a cabo el estudio de cada uno de los esquemas considerados, se consideró una corriente contaminada con etanol y acetato de etilo (contaminantes provenientes de industrias de impresión de envases), se propuso un modelo unidimensional heterogéneo y se desarrollaron métodos de cálculo para su implementación en un simulador del proceso. El mismo resultó suficientemente estable y preciso para el análisis de una amplia gama de condiciones. Con los simuladores desarrollados se estudió la respuesta de cada sistema a diferente tipo de variaciones en las condiciones operativas y de diseño (disposición estructural, proporción entre las regiones inertes y la catalítica). Finalmente, se propusieron diferentes diseños para cada esquema, considerando que en todos los casos dichos diseños debían tener la capacidad de cubrir una disminución en el contenido total de VOCs de hasta la mitad del contenido considerado como nominal. El análisis realizado permitió verificar que los tres sistemas propuestos son aptos para el tratamiento de la corriente considerada. En particular, tanto el esquema de inversión de flujo rotativo como el esquema conformado por el regenerador y el reactor adiabático se posicionaron como las alternativas más ventajosas.

Se denomina smog a la niebla o dispersión coloidal de un líquido en aire, altamente tóxica por su elevada concentración en óxidos de azufre y nitrógeno, los que le confieren características ácidas por la presencia de los ácidos sulfúrico y nítrico. El pH de estas nieblas puede llegar a valores de 2. Las nieblas producidas por las reacciones fotoquímicas son llamadas comúnmente smog fotoquímico. El mismo se forma por la presencia de hidrocarburos y όxidos de nitrógeno en presencia de la luz solar. En la reacción se forman ozono, derivados nitro de los hidrocarburos, compuestos orgánicos como el formaldehido, etc. Sobre la base de que la fuente principal de NO× la constituye los procesos de cοmbustíόn de hidrocarburos (principalmente gases de escape de los automóviles), las cantidades producidas en los centros con alta densidad de población suelen ser tan grandes que el único control para evitar este tipo de nieblas debe tener como premisa la limitación de los HC y NOx que alcancen la atmósfera. Respecto a su toxicidad, es bien conocido que ocasiona problemas respiratorios graves y que además la niebla concentra otros contaminantes como compuestos orgánicos y pesticidas. Esta problemática se ve intensificada por las características geográficas y meteorológicas (zona de alta presión) de algunas ciudades que impiden la dispersión de los contaminantes. Las reacciones que dan lugar al smog fotoquímico son muy complejas y aún no se ha logrado la compresión total del sistema. El objetivo que se persigue en su estudio es obtener un modelo que permita predecir el grado de disminución de smog que se alcanzaría con las medidas de control de emisión de los contaminantes. Tales modelos permitirían programar y evaluar las estrategias a adoptar para controlar la contaminación del aire y elegir las formas más eficientes de transporte, crecimiento urbano y aprovechamiento de los recursos urbanos. / Tesis digitalizada en SEDICI gracias a la Biblioteca Central de la Facultad de Ciencias Exactas (UNLP).

Esta tesis se ha desarrollado en el marco de varios Proyectos de Investigación acreditados (UNLP, ANPCyT y CICPBA) y de tipo interdisciplinario, dirigidos al estudio de catalizadores a base de heteropolimetalatos de variada complejidad estructural como fases activas y soportes a base de óxidos inertes sintéticos así como aluminosilicatos naturales procedentes de depósitos nacionales, con el objeto de analizar su potencialidad tecnológica, particularmente en reacciones de interés en química fina y petroquímica. El trabajo se inicia con el marco teórico enfocado hacia las propiedades generales de los heteropolicompuestos (aniónicos y catiónicos) así como de los materiales de soporte sintéticos y naturales. Posteriormente se hace referencia a las reacciones test seleccionadas para la evaluación de los catalizadores en estudio, continuando con la descripción de las técnicas empleadas experimentalmente tanto para la preparación como para la caracterización de fases puras, soportes sin tratar y catalizadores. Capítulos 1 y 2. El capítulo 3 se encuentra íntegramente referido a la descripción de la técnica de “Laser Speckle Dinámico” (DSL) empleada para el estudio de la propiedad hidroadsorbente de los materiales utilizados como soportes en la presente tesis. Esta tarea se realizó en colaboración con el Centro de Investigaciones Ópticas (CICPBA-CONICET). En la segunda parte del trabajo se presentan los principales resultados del diseño, la preparación y caracterización tanto de las fases precursoras como de los soportes originales y modificados químicamente, continuando con los catalizadores obtenidos. En todos los casos se analizan los datos de la aplicación de las diferentes técnicas de estudio antes mencionadas, haciendo referencia a las bases y alcances de cada una de ellas, permitiendo la selección de los catalizadores con los que se encaró el trabajo. Capítulos 4, 5 y 6. La ultima parte del trabajo se centralizó en la aplicación de los catalizadores obtenidos, especialmente en el test de hidrogenación selectiva de cinamaldehido. Estos resultados de actividad permitieron establecer que los sistemas soportados en &gamma;-Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> fueron más activos respecto a aquellos soportados en sílice, así como analizar la influencia en la actividad catalítica de las propiedades del soporte. Asimismo, los catalizadores basados en soportes de arcilla modificada químicamente, mostraron efectividad en esta reacción, pudiendo determinar que aquellos soportados en arcillas heteroestructuradas y de superficie funcionalizada (PCH-F) presentaron buena perfomance dada la mayor concentración de RhMo6 adsorbido y la presencia de sitios ácidos Lewis y Brønsted observados por diferentes técnicas complementarias como DSL y TPSR. Teniendo en cuenta las propiedades ácidas y redox de estos últimos sistemas, se encaró su estudio como catalizadores en una reacción “limpia” de oxidación selectiva de un sulfuro aromático de interés tanto en química fina como en petroquímica. Capítulo 7. Finalmente, en el capítulo 8 se presentan las principales conclusiones discutidas y planteadas a lo largo de esta tesis, asi como las nuevas perspectivas de investigación surgidas.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniero Civil Químico / En la actualidad la matriz energética se encuentra dominada por combustibles fósiles, generando problemas en diversos ámbitos. Uno de estos es el efecto negativo que conlleva el uso de energías en base a carbono sobre el medioambiente, principalmente por la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) que alteran fuerte y prolongadamente las propiedades de la atmósfera. Siendo el CO_2 uno de los GEI más importantes se hace necesario buscar alternativas para mitigar sus emisiones, y es en este contexto que la reacción de metanación es atractiva. CO_2 + 4H_2 --> CH_4 + H_2O El presente trabajo se enfoca en la preparación y estudio de catalizadores de níquel y cobalto, soportados en circonia con distintas estructuras cristalinas para evaluar su actividad en la producción de metano a partir de dióxido de carbono. Esta reacción provee una vía termodinámicamente favorable para la transformación del CO_2 en un carrier energético de amplio uso, haciendo posible dar un segundo ciclo de vida a un gas abundante en la atmósfera, de bajo costo en sus fuentes y que mayormente se trata como desecho. Se sintetizaron catalizadores de Ni, Co y Rh con variadas cargas de metal y en 3 soportes diferentes (SiO_2, m-ZrO_2 y t-ZrO_2), utilizando como parámetro la densidad superficial de metal d_S (átomos de metal por nm^2 de soporte). Se realizaron diferentes ensayos en los catalizadores para evaluar sus propiedades y actividad catalítica en la reacción, los que incluyen difracción de rayos X, reducción a temperatura programada y pruebas de actividad para obtener las curvas de conversión de CO_2 y selectividad hacia CH_4 en función de la temperatura. Adicionalmente se realizaron pruebas en condiciones de reactor diferencial para obtener las velocidades específicas de consumo de CO_2 a variadas temperaturas, calculando finalmente las frecuencias de recambio de CO_2 (TOF, Turnover Frequencies). En las condiciones estudiadas, los resultados muestran que la actividad catalítica en función de la fase activa sigue el siguiente orden: Rh>>Ni>Co, consistente con la información reportada en literatura. Los catalizadores de Ni, a pesar de tener una actividad menor que aquellos de Rh, pueden resultar comparables a aquellos de metales nobles en condiciones experimentales ligeramente distintas. El uso de circonia como soporte, en cualquiera de sus fases, mejoró sustantivamente la actividad de los catalizadores, aunque se observaron diferencias en pruebas realizadas con bajo tiempo de contacto, donde la fase monoclínica parece ser más activa en la reacción. Se concluye que los catalizadores de Ni y Co soportados en circonia son activos en la reacción de metanación de CO_2, permitiendo la transformación del gas a temperaturas moderadas. Si bien los catalizadores de Rh resultaron ser los más activos en las condiciones utilizadas, los catalizadores Ni/m-ZrO_2 son una alternativa interesante debido a su buena actividad y menor costo.

Ingeniero Civil Químico / Debido a la gran cantidad de desechos producidos anualmente, sumado al aumento del precio de algunos combustibles, el estudio de nuevos métodos para reciclar químicamente plásticos ha cobrado un gran interés. Mediante el desarrollo de la pirolisis (térmica o catalítica) se ha abierto un nuevo camino para reciclar desechos plásticos y a la vez para producir productos de mayor valor agregado, que sirven como fuentes de combustibles. Dentro de los catalizadores desarrollados, han cobrado gran interés aquellos denominados como bifuncionales, que son capaces de realizar reacciones de craqueo y de deshidrogenación. Es bajo este contexto que se decidió estudiar el efecto de algunos catalizadores, en este caso una zeolita protonada y modificada con cobre, en la pirolisis de Polietileno. El objetivo del trabajo fue el de caracterizar las modificaciones y estudiar el efecto producido por estas en las distribución de productos de la pirolisis, en particular el efecto del cobre en la reacción. Para esto se prepararon 5 modificaciones a partir de una zeolita natural (Mordenita), utilizando ácido clorhídrico para protonar la zeolita y posteriormente 4 sales de cobre (Cloruro, acetato, nitrato y sulfato de cobre). Estas fueron utilizadas como catalizadores en la degradación de polietileno a 380, 400 y 450ºC, en un reactor semi-batch durante 40 minutos en una atmósfera inerte. Las zeolitas fueron caracterizadas en cuanto a su fuerza ácida, tamaño de partícula, área superficial y composición química. Los productos obtenidos fueron separados en sólidos, ceras, líquidos y gases, estos últimos fueron caracterizados por medio de cromatografía de gases. La acción del cobre permitió obtener mayores conversiones de compuestos insaturados de menor peso molecular, en los gases. Se encontró que las modificaciones hechas con cloruro y con acetato de cobre, presentaron una mayor actividad catalítica, en particular a una temperatura de 400ºC y con una carga de 15% se obtuvo un 30% menos de sólidos en comparación a la zeolita protonada y un aumento de un 25% en cuanto a la producción de gases. A 400ºC y con un 30% de carga, la cantidad de residuos fue cercana a cero, aumentando la cantidad de ceras y también la producción de gases, llegando estos a un 50% de conversión. A 450ºC la modificación con cloruro de cobre generó un 15% más de gases que la zeolita protonada, también se obtuvo una alta conversión a ceras, las que no bajaron del 20%. En conclusión los resultados obtenidos muestran que las modificaciones realizadas con cobre, presentan un gran potencial en el desarrollo de una pirolisis catalítica que a temperaturas del orden de los 400ºC presente grandes conversiones hacia compuestos gaseosos. Los pasos siguientes son los de determinar las posibles reacciones y vías catalíticas, como también el estudio bajo otras condiciones de operación.

Doctor en Química / Se informa una serie de “Metal Organic Frameworks” (MOFs) {[Cu3Ln2(ODA)6(H2O)6]•12H2O}n (LnIII: La, Gd, Yb), los cuales son catalizadores heterogéneos reusables en la oxidación de olefinas. Los mejores resultados fueron obtenidos utilizando una relación sustrato/oxidante/catalizador (S/O/C) de 2400/2400/1. El uso de estas condiciones experimentales y tert-butilhidroperóxido (TBHP) como oxidante produjo una conversión entre 63-73% para la oxidación de estireno y entre 48-57% para la oxidación de ciclohexeno, en dicloroetano/agua. El uso de decano como solvente incrementa la conversión en un 25%. En cuatro ciclos catalíticos, el catalizador presenta una pérdida de actividad inferior a 10%. El catalizador reutilizado mantiene su estructura cristalina inalterada durante cuatro ciclos, como lo muestran los correspondientes difractogramas. Los datos obtenidos permiten considerar a los centros de cobre(II) como la especie redox activa, siendo iniciadores de las especies radicalarias que se generan a partir de TBHP, las cuales finalmente son las responsables del proceso de oxidación de las olefinas estudiadas. El efecto polarizante de los iones lantánidos sobre los centros de cobre(II), expresados como una razón de carga-tamaño, muestra como se ve afectada la actividad catalítica de los catalizadores heteronucleares {[Cu3Ln2(ODA)6(H2O)6]•12H2O}n. Las mencionadas especies heteronucleares son catalitícamente más activas que el correspondiente catalizador homonuclear {[Cu(oda)2] • 0.5H2O}n. También se trabajó con {[Cu0,5La2(HPDC)(PDC)2(SO4)(H2O)2]H2O}n, (CuLaPDC) MOF heterometálico 3d-4f basado en el ligando ácido 3,5- piridincarboxílico (3,5-PDCH2). Su estabilidad térmica, superior a la de los catalizadores basados en el ligando ácido oxidiacético (ODAH2), permitió realizar catálisis con un oxidante más moderado como oxígeno molecular a 120°C, en vez de utilizar tert- butilhidroperóxido a 75°C. Se estudió la oxidación de cicloalquenos y sustratos bencílicos. El catalizador CuLaPDC resultó ser reutilizable y activo en un sistema carente de solvente. Además se demostró que presenta una actividad catalítica superior al catalizador comercial basolita, [Cu3(BTC)2]n (BTC: 1,3,5- bencenodicarboxilato). Con los datos existentes se propuso un mecanismo radicalario de oxidación de sustratos orgánicos para ambos sistemas estudiados / {[Cu3Ln2(oda)6(H2O)6]•nH2O}n are reported as reusable heterogeneous catalysts in the oxidation of olefins. The best results were obtained using a substrate/oxidant/catalyst ratio (S/O/C) of 2400/2400/1. The use of these experimental conditions and t-butyl hydroperoxide (TBHP) as oxidant gave conversions between 63%-73% for styrene oxidation and between 48%-57% for cyclohexene, in dicloroethane/water. The use of decane as solvent increased the conversion in ca. 25%. In four catalytic cycles less than 10% of the catalytic activity was lost. The reused catalysts presented unaltered crystalline structures, as shown by the corresponding recorded diffractograms. Experimental data permit to consider the redox active copper(II) centers as the initiators of radical species generated from TBHP, which are finally responsible of the oxidation process of the studied olefins. The polarizing effect of the lanthanide ions on the copper(II) centers, expressed as the charge-to-size ratio, is shown to affect the activity of the heteronuclear {[Cu3Ln2(oda)6(H2O)6]•nH2O}n catalysts. The mentioned heteronuclear species are catalytically more active than the corresponding homonuclear catalyst {[Cu(oda)2] • 0.5H2O}n. {[Cu0,5La2(HPDC)(PDC)2(SO4)(H2O)2]H2O}n , (CuLaPDC), an heterometallic 3d- 4f MOF based on the 3,5-pyridinrdicarboxylic acid as ligand, was also used as a catalyst. Its high thermal stability, which was greater than that of the family of MOFs based on the oxydiacetic acid (ODAH2), permitted to perform catalytic reactions with a milder oxidant O2 at 120°C, instead of using tert-butylhydroperoxide at 75 °C. The oxidation of cycloalkenes and benzylic substrates was investigated. Besides, this heterometallic MOF was shown to be a better catalyst than the commercial catalyst, basolite, [Cu3(BTC)2]n (BTC: 1,3,5-benzenedicarboxylate). With the existing experimental data a free radical mechanism for the oxidation of the organic substrates in both studied systems has been proposed / Conicyt, Fondecyt, CEDENNA

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 14/3/2021. / Ingeniero Civil Químico / Uno de los grandes problemas que enfrenta la humanidad en los tiempos actuales es la gestión de los desechos. El neumático es un material no biodegradable y altamente resistente que está en acumulación constante debido a su difícil disposición final. Acumularlo e incinerarlo implica peligros al medioambiente al intervenir físicamente el espacio de acopio, y por la liberación de material particulado y sulfurado que está altamente restringido. De los tipos de reciclaje de desechos se destaca el reciclaje químico, y en particular la pirólisis, un proceso térmico simple y que puede aplicarse a una gran variedad de polímeros, para la cual los sólidos ácidos como las zeolitas destacan como los mejores catalizadores. El objetivo de esta tesis es estudiar las variables de operación de la pirólisis tanto térmica como catalítica del caucho proveniente de desechos en un reactor de lecho fijo. Se busca determinar el efecto de la temperatura de reacción, carga y tipo de catalizador sobre los productos de reacción, y establecer una configuración de estos parámetros que rinda el producto líquido de mejor calidad. Los catalizadores utilizados son una zeolita sintética ZSM-5 y una zeolita natural, mordenita. Los resultados muestran que el aumento de la temperatura provoca una mayor gasificación de los productos, obteniendo mayor cantidad de líquido a 450 °C con un 58%, que desciende a un 46% a los 750 °C. Los productos sólidos de reacción corresponden al negro de humo con el que se fabrica el neumático y no se degradan por pirólisis. El uso de mordenita provoca un descenso de un 3% a 5% de los productos condensables en favor de los gaseosos en todas las temperaturas de estudio, mientras que la zeolita ZSM-5 provoca la disminución de un 20% de los gases en favor de condensables. La zeolita ZSM-5 es más ácida que la mordenita, lo que la hace un mejor catalizador en términos de degradación. Se concluye que con la mordenita se pueden obtener productos de buena calidad, y su rendimiento es comparable al de la zeolita sintética. La configuración que rinde un producto condensable de mayor calidad es la mordenita en razón 2:1 al caucho, a la temperatura más baja de reacción, 450 °C.