Ciencias e Ingeniería de Materiales
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- Hidrotalcitas Al/Mg como catalizadores en la síntesis de compuestos dicarbonilos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-01) Vazquez Rodriguez, Jemina TamaraEn el presente trabajo se realizó la síntesis de los compuestos tipo hidrotalcita por el método de coprecipitación, en las siguientes relaciones molares: 2, 3 y 4. Se propone estos materiales por ser ampliamente usados como catalizadores básicos en reacciones de transformación y síntesis orgánica, pues esta propiedad se puede modular independientemente de si se usan secas, calcinadas (óxido mixto aluminio-magnesio) o reestructuradas por rehidratación. Con el fin de utilizar el material con las mejores propiedades y características requeridas para la reacción de Michael, se evaluó cada una de ellas por medio de las siguientes técnicas de caracterización: difracción de rayos-X (DRX), absorción atómica (AA), termogravimetría (ATG, ATD), microscopia electrónica de barrido (MEB) y determinación del área específica mediante la adsorción de nitrógeno a su temperatura de ebullición. Todo ello con el fin de utilizar la relación más óptima como catalizador en las reacciones de formación de compuestos dinitrados. De la caracterización de los materiales se observó que el material con la relación Mg/Al = 3 en su forma calcinada fue el que exhibió las mejores características y propiedades para realizar la reacción. Esto debido a que promueve sitios de basicidad de Lewis, que son ideales para promover la reacción hacia el producto principal. Se realizaron las reacciones de los siguientes compuestos nitrados: nitrometano, nitroetano, 1-nitropropano y 2-nitropropano cada uno de ellos con el compuesto β-nitroestireno con el fin de analizar los mejores rendimientos. Estas reacciones se realizaron por medio de microondas, tomando como referencia de temperatura de operación el punto de ebullición de cada uno de los compuestos nitrados. El mejor rendimiento fue con el nitrometano alcanzando el 71%. En el caso de los otros compuestos nitrados el rendimiento fue menor del 50%, debido a la menor actividad del catalizador para estos compuestos. También se pudo observar que el método de síntesis tiene una gran influencia en las propiedades del catalizador, pues se obtuvieron mayores rendimientos con el material que exhibió un mejor arreglo y una mayor cristalinidad. Otros factores que mejoraron la actividad del catalizador fueron, un incremento en la temperatura de reacción y una etapa de presecado del catalizador. Este proyecto es una contribución a la química fina, debido a que se propone la síntesis de productos intermedios nitrados que fácilmente se pueden transformar en compuestos dicarbonilos de alto valor agregado, que se pueden usar como productos de partida para la obtención de una gran variedad de compuestos. También, es una contribución a la química sostenible o química verde ya que los catalizadores del tipo hidrotalcita son amigables para el medio ambiente y son fácilmente recuperables y reutilizables en varios ciclos de reacción.
- Efecto de la plata (Ag1+) y el hierro (Fe3+) sobre la sorción de manganeso por zeolitas naturales modificadas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-01) Rojas Pavon, Claudia XilomenZeolitas naturales mexicanas de origen sedimentario provenientes de dos yacimientos en forma de tobas: clinoptilolita y mordenita, fueron modificadas para obtenerlas en sus formas de sodio, hierro y plata con el fin de dilucidar los efectos de las especies metálicas sobre las propiedades de sorción de los materiales zeolíticos naturales para la eliminación de manganeso (Mn2+) de soluciones acuosas. La interacción entre las soluciones de manganeso y los materiales zeolíticos se llevó a cabo mediante el uso de un sistema batch. Las zeolitas naturales no modificadas y modificadas se caracterizaron por difracción de rayos-X, fisisorción de nitrógeno a 77K (superficie específica BET), microscopia electrónica de barrido (SEM) y los puntos de carga cero (PZC). Las cantidades de Fe y Ag en las tobas de clinoptilolita y mordenita son similares (4.3 ± 0.2% en peso. y 3.9 ± 0.1% en peso, respectivamente). La morfología y la estructura cristalina de ambos materiales no demostraron ningún cambio cuando el Fe o la Ag se incorporan en la red cristalina de las zeolitas; sin embargo, las características texturales y el punto de carga cero se vieron afectados por la presencia de estas especies metálicas con respecto a los materiales zeolíticos no modificados. Los datos cinéticos fueron mejor ajustados por un modelo de pseudo segundo-orden, y el modelo de Freundlich describió las isotermas. Las tobas de clinoptilolita y mordenita modificadas con la plata, removieron al manganeso de las soluciones acuosas más eficientemente, que aquéllas modificadas con el hierro o el sodio. Por lo tanto, ambos materiales zeolíticos (CLIAg y MORAg), se podrían utilizar para la eliminación del manganeso de soluciones acuosas, independientemente de sus características estructurales.
- Nanoestructuras de carbono en redes metal-orgánicas para la reducción fotocatalítica de CO2 a combustibles(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018) Perez Soreque, GloriaEl aumento exponencial de la población mundial ha causado entre otros estragos en la naturaleza un aumento desmedido en la cantidad de gases contaminantes, entre ellos el CO2, uno de los principales gases de efecto invernadero. Es por ello que actualmente ha crecido la investigación y desarrollo de métodos que permitan disminuir o eliminar la concentración de dicho gas en la atmósfera. Por lo que, en el presente trabajo se planteó la conversión del CO2 a combustibles mediante el uso de un fotocatalizador, como los materiales compósitos basados en nanotubos de carbono incorporados a tres clases diferentes de materiales híbridos metal-orgánicos como son los MOFs Fe-BTC, MIL-101(Fe) y MIL-125 (Ti). De igual manera se estudiaron dos tipos diferentes de síntesis de los materiales compósitos, como son el método solvotermal/hidrotermal y el mecanoquímico con la finalidad de encontrar el método de síntesis óptimo y que además sea amigable con el medio ambiente. Los materiales fueron caracterizados para conocer sus propiedades tanto estructurales como fisicoquímicas, y de esta manera determinar el método de síntesis con mejores resultados en la evaluación fotocatalítica, la cual se llevó a cabo por medio de la reducción fotocatalítica del CO2, también conocida como fotosíntesis artificial. Es por lo mencionado anteriormente, que en este trabajo se abarcan las bases generales de cada uno de los materiales puros además de sus respectivos materiales compósitos con nanotubos de pared simple y múltiple; así como, la descripción del proceso ocurrido durante la reducción de CO2 y los productos obtenidos, siendo los principales metanol y etanol, analizando por medio de las caracterizaciones y la evaluación fotocatalítica cuál resultó ser el mejor material, obteniendo así que la serie de materiales del MOF Fe-BTC tiene las mejores características y resultados en esta investigación.
- Polímeros de coordinación como soporte catalítico para la síntesis de nanoestructuras de carbono y su aplicación en la adsorción de hidrógeno(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-07) Jurado Flores, Jose ManuelEn este trabajo se plantea la síntesis de nanotubos de carbono (NTC) por el método CVD para el almacenamiento de hidrógeno, utilizando MOFs tipo BTC y MIL-53 con diferentes composiciones de Fe, Ni y Co, éstos fueron utilizados como catalizadores y/o soportes catalíticos, además como fuente primaria de carbono. Los MOFs y NTCs sintetizados se caracterizaron por diferentes técnicas (DRX, FTIR, MEB Área BET y espectroscopia Raman), obteniendo como resultado los patrones y espectros característicos de cada muestra reportados en la literatura. Una vez sintetizados los NTCs, también se incorporaron varias modificaciones al método de síntesis para determinar las condiciones óptimas del crecimiento de los NTCs, con el fin de darles aplicación en el almacenamiento de H2. Se evaluó la adsorción de H2 a dos distintas temperaturas (-196.15 y 25°C) para obtener el calor de adsorción. La espectroscopia Raman In situ se utilizó para determinar los sitios óptimos de adsorción en los NTCs. Además, como un estudio adicional, se realizó la simulación de la estructura de la MOF Fe-BTC por medio de un estudio computacional así como la adsorción de H2 en ella.
- Degradación fotocatalítica de colorantes usando nanopartículas de titania soportadas en materiales metal-orgánicos basados en hierro(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2018-03) Garcia Martinez, Diana CarolinaLos colorantes cuando son descargados a los ríos y mares a través de las aguas residuales que produce la industria textil principalmente, representan un enorme daño al ecosistema, dado que por sí solos no son capaces de degradarse. Es necesario el desarrollo de nuevos métodos que permitan eliminar los colorantes de manera efectiva como la degradación fotocatalítica, utilizando fotocatalizadores y luz solar. Los materiales denominados redes metal-orgánicas (MOFs por sus siglas en inglés) los cuales son una nueva clase de materiales cristalinos formados por la unión de clústeres metálicos a través de ligandos orgánicos, son una buena alternativa como fotocatalizadores ya que presentan diferentes propiedades como: elevada versatilidad estructural y de composición, altas superficies específicas y volúmenes de poro, diferentes tamaños de poro, centros metálicos expuestos y flexibilidad de la estructura. En el presente trabajo se sintetizaron cinco diferentes MOFs: (MIL-53 (Fe), MIL-100 (Fe), MIL-101 (Fe), 235 (Fe) y Fe-BTC) por el método hidrotermal/solvotermal y mecanoquímico. Se sintetizaron nanopartículas de óxido de titanio (TiO2) a partir del método de sonoquímica que fueron usadas para ser incorporadas en las MOFs con el objetivo de incrementar sus propiedades fotocatalíticas en la reacción de degradación de colorantes. Los materiales sintetizados se caracterizaron utilizando diferentes técnicas analíticas tales como: difracción de Rayos -X, espectroscopia UV-Vis, Raman e IRTF y microscopia electrónica de barrido. Los materiales compositos fueron utilizados en la degradación del colorante Negro Reactivo 5, Orange II e Índigo Carmín, mostrando excelentes resultados al lograr degradar la mayor cantidad de los colorantes. A pesar de que todos los materiales presentaron excelente actividad fotocatálitica, las MOF MIL-100 (Fe) presentaron el mayor porcentaje de degradación y mayor velocidad de degradación en menor tiempo.