Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales
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- Adsorción de fluoruro en HKUST-1 funcionalizada con aminoácidos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Uribe Vega, ErikLa importancia de los materiales por el papel que desempeñan en la vida diaria y el efecto en el futuro de la tecnología son determinantes. Una clase de materiales destacados en los últimos años, son las redes metal-orgánicas (MOF), estos están constituidos por clústeres de óxido metálico conectados por ligantes orgánicos. Las MOF son una clase de compuestos híbridos inorgánicos-orgánicos. Los ligantes orgánicos son considerados como unidades secundarias de construcción, que actúan como "puntales" y los centros metálicos se consideran unidades secundarias que actúan como "uniones" en las estructuras de las MOF. Los tres componentes principales de las MOF son la topología de la estructura, los centros metálicos inorgánicos y los ligantes orgánicos. Mediante la selección adecuada de los reactivos se puede producir una alta estabilidad térmica y química, además de materiales con una elevada porosidad. Las estructuras que conforman las MOF permiten una mayor porosidad, en comparación a la de muchas zeolitas y otros materiales porosos. Las MOF han mostrado resultados prometedores en aplicaciones en diferentes áreas como: la adsorción molecular, la separación de gases, la catálisis el almacenamiento de energía, los sensores, la obtención de imágenes, la administración de fármacos, los nano-reactores entre otros. Para mejorar las funciones de las MOF y ampliar sus aplicaciones en diversos campos, se ha realizado la funcionalización de las MOF con otros materiales como polímeros, biomoléculas, nanopartículas, materiales de carbono y materiales 2D. Las MOF se han utilizado para la eliminación de diferentes contaminantes emergentes como el arsénico, el fluoruro y otros contaminantes del agua debido a sus propiedades. Entre las características más notables de estos materiales se encuentran: varias funcionalidades, alta área superficial interna, diversidad en rangos de porosidad desde la región microporosa hasta la mesoporosa, posibilidad de diseño y modificación post-síntesis La HKUST-1 fue reportada por primera vez por Chui et al. (1999), este compuesto se encuentra formado por ligandos orgánicos de ácido benceno-1,3,5-tricarboxílico (BTC) los cuales se encuentran coordinados iones de cobre en una red cúbica (Fm-3m). Ésta posee un sistema tridimensional de intersección de grandes poros de forma cuadrada. En la red de la HKUST-1, los iones de Cu (II) forman dímeros, en donde cada átomo de cobre se encuentra coordinado por cuatro oxígenos del ligante BTC y moléculas de agua. Es debido a todo esto que en este trabajo se realizó la funcionalización de la MOF HKUST-1, mediante L-cisteína, L-tirosina, L-histidina, L-serina y L-prolina en un 5 y 20% en peso. Para mejorar la estabilidad del material y evaluar su eficiencia en la adsorción de iones fluoruro en agua. Además, se realizó la caracterización fisicoquímica completa de los materiales obtenidos mediante DRX, FT-IR, SEM y TGA.
- Modulación del tamaño de partícula de redes metal orgánicas de Terbio y Erbio para su aplicación como trazadores celulares(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Sánchez Moreno, Diana LauraEn esta investigación se realizó la síntesis de dos redes metal orgánicas formadas por el ligante orgánico 1,4-bencenodicarboxilico (BDC) y los iones Tb³⁺ y Er³⁺ como centros metálicos, dichas MOFs se obtuvieron mediante la agitación a temperatura ambiente de los precursores. Adicionalmente se realizó la síntesis de Tb₂BDC₃ mediante microondas y un posterior tratamiento térmico a 400 °C; mediante el análisis de sus características estructurales se observó que hay un cambio importante en el tamaño de cristal influenciado por el método de síntesis; sin embargo, esto no influye en las bandas de emisión luminiscente de dicho material ya que presentan la misma intensidad. Posteriormente, las MOFs obtenidas mediante agitación a temperatura ambiente fueron sometidas a un tratamiento ultrasónico durante tiempos de 5, 10 y 15 min con la finalidad de reducir el tamaño de partícula. En el análisis de Tb₂BDC₃ se observó que hay una disminución en el tamaño de cristal y de partícula debido a la sonicación; además el estudio de las propiedades ópticas muestra que hay un incremento en la intensidad en los espectros de excitación y emisión. Para el caso de Er₂BDC₃ en el análisis estructural se observa la misma disminución en el tamaño de cristal al ser sometido al tratamiento ultrasónico; sin embargo, en las propiedades ópticas no se observa algún cambio en la intensidad de absorción. Adicionalmente se realizaron pruebas de estabilidad en medios: acuoso, amortiguadores de fosfato, medio de cultivo celular y medios de cultivo celular suplementado con un 10 % de suero fetal bobino, medios usados para pruebas biológicas. Con dichas pruebas se determinó que ambas MOFs son estables en dichos medios; de hecho, en el caso de la Er₂BDC₃ se observó mediante DRX que su estructura es muy parecida a la estructura reportada para Tb₂BDC₃ al estar en presencia de cada uno de los medios. Mediante ensayos de azul Alamar se determinó que ambas MOFs no alteran la proliferación de las células HaCaT, una línea celular de queratinocitos humanos obtenidos a partir de la piel humana; lo que sugiere que las MOFs pueden ser usadas en aplicaciones biológicas dada su baja citotoxicidad.
- Estudio de compósitos de fibras naturales y arcilla para aplicaciones acústicas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-07) Victoria Martínez, UrielDurante la última década, las acciones y estudios para contrarrestar los efectos del ruido se han incrementado mediante el uso de materiales aislantes o absorbentes, además de regulaciones civiles a partir del monitoreo en zonas urbanas, ya que la exposición a altos niveles de presión sonora puede causar problemas de salud psicológicos y fisiológicos como ansiedad, depresión, estrés, fatiga, problemas cardíacos, auditivos o cognitivos, así como la pérdida irreversible de audición. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar y estudiar compuestos naturales hechos de arcilla reforzada con fibras de coco o nopal para analizar sus coeficientes acústicos y determinar sus aplicaciones como material de aislamiento o acondicionamiento. Los compósitos se obtuvieron mediante la incorporación de 25%, 50% y 75% en peso de cada fibra con la arcilla bentonita. La caracterización física y química de los compuestos se realizó mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), microscopía óptica, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y análisis termogravimétrico (ATG). Las propiedades de dureza y densidad aparente de los compósitos se obtuvieron de muestras con tres meses de envejecimiento. Mediante DRX, se identificaron en la bentonita los compuestos: montmorillonita, cuarzo y feldespato. El FT-IR permitió la identificación de los grupos funcionales de la arcilla y para las fibras se determinó la presencia de lignina y hemicelulosa. Las micrografías muestran que la fibra de coco es más porosa que la de nopal; el tamaño de las fibras de nopal fue de entre 71.8 y 219.7 nm (microscopía electrónica) y de las de coco fue de 0.1613 mm (microscopía óptica). La densidad aparente de los compósitos sigue el modelo de la regla de mezclas, mientras que la dureza cambia muy poco en las muestras preparadas con fibra de nopal. A través del ATG se encontró que la bentonita mejora la estabilidad térmica de los compósitos. Los coeficientes acústicos de absorción, reflexión y transmisión de los materiales se determinaron mediante el método del tubo de impedancia, en el rango de 50 a 10 000 Hz. Las muestras obtenidas después del proceso de síntesis se caracterizaron en un tubo de impedancias de dos cámaras acústicas. Para las pruebas de humedad se agregaron hasta cuatro gotas de agua, obteniendo la respuesta al impulso en cada compósito para cada gota agregada. Los resultados para las muestras secas mostraron un aumento de las propiedades de absorción acústica al agregar las fibras en los compósitos, donde se observó que la fibra de coco presentó una mayor absorción de sonido que la fibra de nopal. La dureza y la densidad del material se relacionan directamente con una reducción del coeficiente de absorción, aunque las pruebas realizadas muestran que las fibras de nopal en los compósitos no aumentan su dureza y sus propiedades acústicas, a diferencia de las fibras de coco. Los resultados obtenidos de la caracterización acústica realizados en la prueba de humedad superficial demostraron que los coeficientes de absorción, reflexión y absorción del coco cambian al aumentar la humedad en las muestras. Mientras que, para el caso del nopal, debido a su composición y propiedades hidrofóbicas, no se presenta una variación significativa en sus propiedades acústicas. Los compósitos realizados a base de fibra de coco presentan mejores propiedades de absorción y reducción acústica, mientras que los de fibra de nopal destacan en la reflexión de sonido.
- Evaluación de la adsorción de CO₂ en un biocompósito basado en lignina y las redes metal orgánicas HKUST-1 y UiO-66-NDC(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-04) López Monreal, Brian AlexisLa adsorción con materiales porosos es uno de los métodos más útiles para la captura de CO₂, dicha técnica presenta ventajas como una gran capacidad de almacenamiento, su bajo costo y bajo consumo energético. Con este propósito, se propuso la síntesis de materiales biocompósitos basados en las redes metal orgánicas (MOFs) HKUST-1, UiO-66 y UiO-66-NDC, soportadas sobre la superficie del material biológico lignina. Las MOFs son materiales cristalinos tridimensionales ampliamente estudiados que ha demostrado tener una de las mayores áreas específicas para adsorción de compuestos, con respecto a otros materiales adsorbentes. Pero aún con esta característica algunos presentan desventajas como: ser inestables en sistemas acuosos y tener estabilidad térmica moderada. Sin embargo, estas características pueden mejorarse a través del soporte del MOF sobre un material adecuado. Para mejorar la estabilidad de las MOFs se eligió la lignina, un material biológico que comúnmente se obtiene como su producto en la producción de papel. Este resulta útil como soporte debido a que en estado natural dicho material tiene como función clave la unión de las fibras que conforman la estructura de los organismos vegetales. Además, entre las aplicaciones más extendidas de la lignina se encuentra su uso como compósito. Siendo la lignina la parte del compósito que aporta rigidez estructural al material, con lo cual se espera mejorar la estabilidad mecánica y química del MOF. Para la síntesis de los biocompósitos, se emplearon dos metodologías, una mezcla mecánica de los materiales previamente obtenidos y otra mezcla in situ (llevada a cabo durante la síntesis de las redes metal orgánicas), tras llevar a cabo estos procesos se obtuvieron dos tipos de materiales biocompósitos. El material biocompósito con UiO-66-NDC no se logró obtener. La caracterización de las propiedades fisicoquímicas de los materiales precursores se realizó mediante las técnicas de XRD, FT-IR, SEM y TGA, lo cual permitió determinar algunas propiedades como la morfología, la estructura, los grupos funcionales y la estabilidad térmica tanto d ellos precursores como de los biocompósitos obtenidos. La evaluación de los materiales biocompósitos se realizó mediante fisisorción de CO₂ con el fin de obtener los datos que permitieron verificar que los biocompósitos que se sintetizaron presentaron una capacidad de adsorción de CO₂ similar a la de la MOF de referencia. Sin embargo, aumenta la estabilidad térmica, esto debido a la sinergia en la estabilidad de los materiales precursores.