Ciencias e Ingeniería de Materiales

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  • Evaluación catalítica de ZSM-5 modificada con galio y zinc en la reacción de metanol a hidrocarburos (MTH)
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-12) Aguilar González, Luis Faith
    En las últimas décadas, los compuestos aromáticos ligeros, especialmente el benceno, el tolueno y el xileno (BTX), se han convertido en un tema de interés de investigación debido a ser considerados intermediarios importantes en la producción de productos químicos de alto valor añadido. Convencionalmente, la mayoría de los aromáticos se producen a partir de unidades de reformado y craqueo catalítico en refinerías causando contaminación ambiental. Dicho lo anterior, se ha despertado el interés por el desarrollo de métodos para la producción de BTX que satisfagan dicha demanda siendo la conversión catalítica de metanol a aromáticos (MTA) sobre zeolitas ácidas un proceso alternativo prometedor partiendo de materias primas más sostenible y renovables como el metanol obtenido a partir de biomasa residual, captura de CO₂, etc. En el presente trabajo se estudió la zeolita ZSM-5 modificada con Ga y Zn como catalizador en la reacción MTA (metanol a aromáticos), una vez demostrado que, la incorporación de dichas especies metálicas en la estructura de la zeolita ZSM-5 puede mejorar la acidez y la porosidad en el material, además pueden ser buenos candidatos para favorecer la capacidad de aromatización en la reacción de MTA y por lo tanto obtener una alta selectividad a la fracción BTX durante el proceso. La zeolita ZSM-5 se sintetizó por el método hidrotérmico y posteriormente se modificó por intercambio iónico con las sales respectivas para introducir el metal (Ga o Zn). Paralelamente, se realizaron análisis de caracterización de estos materiales intercambiados para conocer algunas propiedades fisicoquímicas y texturales, tales como microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS), difracción de rayos X (XRD), fisisorción de N₂, desorción a temperatura programada (TPD) y espectroscopía infrarroja de acetonitrilo-d₃ adsorbido. Finalmente, a 450 °C y a tiempos cortos de reacción, la zeolita modificada con Ga presentó los mejores resultados de conversión completa de metanol, en tanto que la zeolita modificada con iones Zn generó mayor selectividad a la fracción BTX (benceno, tolueno y xilenos) (23.06 % mol).
  • Electrodepósito de Neodimio a partir de desechos electrónicos empleando disolventes eutécticos profundos
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-05-20) Hernández Pérez, David
    En este trabajo se estudió la electrodeposición de neodimio (Nd) a partir de imanes permanentes de Nd-Fe-B, utilizados en discos duros de computadora que han llegado al final de su vida útil, se realizaron los estudios utilizando como electrodo de trabajo carbono vítreo (GC) empleando un Disolvente Eutéctico Profundo (DES) compuesto por cloruro de colina y urea conocido como (reline), además un segundo de cloruro de colina y etilenglicol (ethaline). Las técnicas electroquímicas empleadas para dicho estudio son: primero el uso de voltamperometría cíclica con la finalidad de determinar potenciales de reducción de neodimio, posteriormente mediante cronoamperometría se aplicaron pulso de potencial constante en la zona catódica determinada con la técnica anterior para obtener los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente a un tiempo fijo de 10 segundos. Se utilizaron las temperaturas de trabajo de 25, 40 y 70°C. Con modelos físico matemáticos se calcularon parámetros cinéticos analizando las familias experimentales de transitorios potenciostáticos de densidad de corriente a las diferentes temperaturas, los cuales son: el coeficiente de difusión, D, frecuencia de nucleación, A, además de la densidad numérica de sitios activos, N0. Finalmente se caracterizaron mediante la técnica de microscopia electrónica de barrido (SEM), y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDX) la microestructura de las partículas metálicas y la composición elemental de los depósitos de Nd sobre el electrodo de carbono vítreo.
  • Electrodepósito de oro y platino con disolventes eutécticos profundos para la obtención de hidrógeno por la oxidación de borohidruro de sodio
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-06-05) Pérez Cruz, Francisco
    Química sustentable, química sostenible o química verde, la importancia de “algo” que permita procesos amigables y en pro del medio ambiente es en extremo necesario hoy en día. Se han desarrollado diversas fuentes de energía limpia. Existen múltiples investigaciones que han permitido avanzar en materia y aunque todavía falta mucho para encontrar un equilibrio el progreso es evidente. En la presente investigación, el objetivo principal es la producción de hidrógeno, por eso, cuando se habla de hidrógeno de un modo indiscutible surge la pregunta ¿Cuál es el costo? y cuando se habla de costo, no se habla de producción o desarrollo, se habla principalmente de tiempos, el tiempo es el factor más importante en cualquier reacción. En la interesante búsqueda por entender a los materiales y moléculas involucradas en la investigación, se habla acerca de cada uno de estos materiales, con el fin de comprender porque se utilizó cada uno en cuestión. Una vez comprendida la importancia de todos y cada uno de los elementos involucrados se procedió a realizar electrocatalizadores mediante técnicas electroquímicas (Voltamperometría Cíclica y Cronoamperometría). Adicional se utilizaron otras técnicas de caracterización (Difracción de Rayos X, Microscopio Electrónico de Barrido y Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X) que complementaron la información de dichos materiales. Finalmente, se realizó la oxidación de la molécula de borohidruro de sodio, de la cual se obtiene hidrógeno (teórico, debido a que no se tiene el acople para medir directamente el H₂), una vez más, esta importante reacción fue realizada mediante técnicas electroquímicas en este caso en particular gracias a la Voltamperometría Cíclica.
  • Efecto de la concentración del iniciador persulfato de potasio en la síntesis de microgeles iónicos de poli-N-isopropilacrilamida (pNIPAM) sobre la viscoelasticidad de las dispersiones
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-10) Robles Soto, José Enrique
    Los microgeles se pueden describir como redes poliméricas súper absorbentes de dimensiones coloidales que consisten de moléculas flexibles entrecruzadas. Se pueden clasificar entre los “materiales inteligentes” pues pueden responder, como otros ejemplos de esta clase, a cambios sutiles en las condiciones que lo rodean como la temperatura o el pH. En este trabajo se analizó el efecto de la concentración del iniciador empleado en la síntesis de estas partículas sobre esta transición volumétrica, así como sobre las propiedades viscoelásticas de las dispersiones coloidales formadas por este tipo de partículas. Generalmente, los autores que trabajan con microgeles de pNIPAM, desprecian su carga electrostática, pero como se demostró en este trabajo, ignorar la carga electrostática de estas partículas cuando se utiliza un iniciador iónico en su síntesis, puede alterar la interpretación de los resultados. Incluso para los microgeles sintetizados con la menor concentración del iniciador persulfato de potasio, las dispersiones de microgeles presentan desviaciones respecto al comportamiento esperado para microgeles neutros
  • Estudio de la dinámica de la concentración de partículas PM10 suspendidas en aire como un movimiento Browniano fraccional en la CDMX
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-04) García Hernández, Ricardo
    La contaminación atmosférica en la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) ha representado un problema cotidiano debido al incremento en las actividades industriales y el continuo aumento del parque vehicular con motores de combustión interna. El uso de combustibles fósiles ha sido la principal causa de la emisión de material particulado, como las partículas microscópicas PM10 y, que pueden producir daños severos en el sistema respiratorio humano. En esta tesis se presenta un estudio de algunas de las propiedades estadísticas y dinámicas, de la concentración de material particulado PM10 que son emitidas por diversas fuentes, principalmente por vehículos de motor de combustión interna en la ZMVM. El estudio consistió en el análisis de la variabilidad temporal de las concentraciones de PM10 registradas entre 2019 y 2021. La adquisición de los datos se realizó en estaciones de monitoreo atmosférico en cinco zonas (NW: Noroeste, NE: Noreste, CE: Centro, SW: Suroeste y SE: Sureste) de la Zona Metropolitana del Valle de México a cargo de la Red de Monitoreo Atmosférico Automático (RAMA). Con el análisis estadístico se obtuvieron las funciones de distribución, y el estudio dinámico se basa en la estimación del exponente de Hurst H, en este caso, dicho exponente se obtuvo a partir del exponente espectral mediante una relación lineal. Con esta información se caracteriza la dispersión del material particulado como un movimiento Browniano fraccional. Por otro lado, los procesos involucrados en la dispersión del material particulado son no lineales y para determinar la correlación temporal, se aplicó la función de información mutua, que se define a partir de la entropía de Shannon y la teoría de la información. La función de información mutua toma en cuenta todas las contribuciones, lineales y no lineales, por lo que da una medida global de la correlación. Los resultados estadísticos señalan que la emisión del material particulado PM10 se caracteriza mediante una distribución log-normal. El análisis espectral se realizó mediante la potencia espectral P(f), que se obtiene del periodograma. La potencia espectral despliega una ley de potencias de la forma P(f) / f−ᵝ En las series de tiempo estudiadas se obtiene un entrecruzamiento de donde se obtienen dos exponentes espectrales, β1 y β2. Dicho entrecruzamiento, comúnmente se interpreta como la coexistencia de dos mecanismos dinámicos diferentes observándose un comportamiento de un movimiento Browniano fraccional (correlacionado) dentro de las primeras 24 hrs, después de este tiempo, se muestra un comportamiento de movimiento Browniano (sin correlación). Finalmente, las correlaciones obtenidas mediante la función de información mutua no decaen a cero.
  • Óxidos mixtos cobre/aluminio como catalizadores heterogéneos en la síntesis de triazoles derivados de glucosa
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-03-09) Bello García, Luis Antonio
    Se sintetizaron hidróxidos dobles laminares (HDL), por sus siglas en inglés, Cu/Al comúnmente denominadas hidrotalcitas, con estructura cristalina del tipo monoclínica con relación 3:1 mediante coprecipitación, tratamiento asistido por microondas y tratamiento asistido por ultrasonido. Posteriormente mediante un tratamiento térmico, se obtuvieron los óxidos mixtos (OM) correspondientes. Los HDL fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDS) y análisis termogravimétrico (TGA). Mediante una reacción de Cicloadición Alquino Azida (CuAAC) entre el 2-mercaptobenzoimidazol monopropargilado y la tetra acetil glucozil azida, en condiciones clásicas (empleando CuI) y posteriormente empleando los diferentes HDL y OM, se obtuvo el 1,2,3-triazol-1,4-disustituido-1-tetraacetilglucosil-4-metanmercaptobenzimidazol (TAG-T-MBI) , correspondiente, la evolución de la reacción se siguió por cromatografía en placa fina (TLC) y los productos intermedios y final fueron purificados por cromatografía en columna y caracterizados por FT-IR, y resonancia magnética nuclear (RMN) de protones y carbono 13, finalmente se comparó la actividad catalítica de los LDH Cu/Al y su correspondiente óxido mixto contra yoduro cuproso
  • Obtención de luz blanca a partir de boratos de litio dopados con iones lantánidos y metales de transición
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-03) Arredondo Martínez, Sergio Daniel
    En este trabajo se muestran los resultados y el análisis de la obtención y caracterización luminiscente de materiales cerámicos (vidrios de borato de litio (BLO), monodopados con iones cobre y europio, y vidrios de BLO tridopados con iones cobre, europio y disprosio. Los resultados mostrados, se realizaron con base en el análisis de las propiedades fotoluminiscentes, con el propósito de obtener emisión de luz blanca en el sistema tridopado. Los vidrios de BLO fueron preparados a partir de la fundición de los precursores (carbonato de litio [Sigma Aldrich, 97%], ácido bórico [Sigma Aldrich, 99.9%], nitrato de cobre (CuO) [Sigma Aldrich, 99.9%], nitrato de disprosio (Dy(NO₃)₃) [Sigma Aldrich, 99.9%] y óxido de europio (Eu₂O₃) [Sigma Aldrich, 99.9%]); en los cuales, los último tres precursores fueron utilizados como dopantes para darle al material la propiedad luminiscente, variando la concentración de iones dopantes a partir de un diseño experimental Taguchi L₉. Para el caso del ion europio como dopante, se obtuvo la mayor emisión de luz a los 611 nm, correspondientes a la transición ⁵D0 → ⁷F₂, denotando una emisión en rojo; esto es corroborado por el diagrama de coordenadas cromáticas CIE (Comission Internationale de l’Eclairage). El vidrio más eficiente tiene una pureza de emisión del 99% y una concentración del 1%. Por otro lado, la mayor intensidad de emisión del sistema BLO:Cu se obtuvo a los 460 nm, correspondientes a la transición ³D₈ ⁴S₂ denotando una emisión en color azul. El vidrio más eficiente resultó con una concentración del 0.1% Cu, con un 68% de pureza de emisión. Ambos sistemas (BLO:xEu y BLO:xCu), se mostraron saturados, es decir, al incrementar la concentración de dopantes, la luminiscencia disminuye, conociendo este fenómeno como quenching. Para el caso de los vidrios de BLO tridopados con europio, cobre y disprosio (BLO: Eu, Dy, Cu) se utilizaron las siguientes longitudes de onda para excitar al electrón: 340, 360 y 380 nm, en donde, de acuerdo con los resultados de fotoluminiscencia, la longitud de onda de excitación óptima fue de 360 nm, debido a que se mostró una mayor intensidad de emisión en los sistemas establecidos y se lograron obtener coordenadas CIE de x= 0.3103, y= 0.298 que se ubican dentro de la región blanca del espectro visible. Estas coordenadas de cromaticidad se lograron gracias al análisis del diseño experimental tipo Taguchi L₉. En los espectros de emisión se observó que cada uno de los iones dopantes utilizados, emitían luz visible en su longitud de onda dominante, tales son: para el caso de los iones cobre, se emitió luz visible en la región azul con las transiciones ³D₆ ⁴S₂ → ⁴S₂ S₁/₂ y ³D₆ ⁴S₂ → ⁴S₂S una longitud de onda de 420 y 451 nm, respectivamente. Para el caso de los iones disprosio, las longitudes de onda de emisión resultaron en 480 nm (⁴F₉/₂ → ⁶H₁₅/₂) y 575 nm (⁴F₉/₂ → ⁶H₁₃./₂), con emisión en luz verde – amarillo. Finalmente, los iones europio tuvieron emisión roja en la transición (⁵D₀ → ⁷F₂) a 613 nm. Además, se determinó que los vidrios con una mayor cantidad de cobre resultaron tener una emisión en azul, en las transiciones antes mencionadas. Sin embargo, al disminuir dicha concentración hasta 0.1% Cu, se obtuvo una emisión cercana al blanco en las coordenadas x = 0.31, y = 0.29 del diagrama de cromaticidad CIE, en comparación con las coordenadas de referencia, las cuales son de x = 0.33, y = 0.33. Este vidrio fue el sintetizado con una concentración de BLO: 1.5Dy, 1.0Eu, 0.1Cu.
  • Síntesis y caracterización de La₁-ₓSrₓFe₁-ᵧCoᵧO₃±δ para su aplicación como cátodo en una CCOS
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-11) de la Huerta Hernández, Gloria Elena
    El progreso de la humanidad ha estado siempre ligado al uso y aprovechamiento de las fuentes de energía. Actualmente, las fuentes de energía usadas provocan una considerable emisión a la atmósfera de CO₂, así como de otros gases y partículas sólidas dando como resultado serios daños al medio ambiente y a la salud, esto ha llevado al desarrollo de alternativas como fuentes generadoras de energía con una producción más amigable con el medio ambiente. Entre estas alternativas, se encuentran las celdas de combustible, donde las celdas de combustible de óxidos sólidos (CCOS), se caracterizan por ser dispositivos que producen electricidad directamente de un combustible gaseoso debido a la combinación electroquímica de éste y un oxidante, las CCOS están compuestas esencialmente por dos electrodos y un electrolito. Este trabajo está enfocado en la síntesis de materiales catódicos, con una estructura tipo perovskita de doble sustitución (AA’BB’O₃) con base lantano en el sitio A y hierro en el sitio B, con fórmula general La₁-ₓSrₓFe₁-ᵧCoᵧO₃±δ, (LSFC), en dicha familia se buscó mejorar sus propiedades estructurales, morfológicas, estabilidad térmica y propiedades de transporte a partir del método de síntesis, considerando el método de sol–gel (Pechini modificado) y el método de sonosíntesis. Se encontró que el método de sonosíntesis permite obtener estructuras cristalinas con simetría cúbica, parámetro de red a= 3.9 Å, con propiedades ópticas y de transporte que presentan valores similares por ambos métodos de síntesis, mientras que el tamaño de cristal y de grano presentan un valor menor en las muestras obtenidas por sonosíntesis siendo estas una mejora respecto a las muestras sintetizadas por sol-gel, por lo que el uso de sonosíntesis es un método alternativo viable en la obtención de este tipo de materiales, con resultados adecuados para su uso como cátodo en una CCOS.
  • Estudio de las propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de NP’s de RhW-ZnO para su aplicación en fotocatálisis
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-05-19) Rodríguez Flores, Tatiana
    Los semiconductores de óxidos metálicos forman parte de los materiales más comunes empleados en los procesos de fotocatálisis para la degradación de compuestos orgánicos, en donde el óxido de zinc (ZnO) es uno de los materiales más prometedores, debido a que la actividad fotocatalítica de este material depende principalmente de su morfología, el tamaño de partícula y la energía de la brecha prohibida, en este trabajo se estudiaron diversos parámetros de síntesis que modifican dichas propiedades, tales como el uso de surfactantes, la concentración molar del precursor de zinc y el efecto de dopantes. En la primera parte, se estudió cómo influye en las propiedades del ZnO el uso de distintos surfactantes en su síntesis. Los surfactantes empleados fueron polivinilpirrolidona (PVP), ácido cítrico (AC), ácido oleico (AO) y etilenglicol (ETG). De los resultados obtenidos se observó que la muestra con una mayor actividad fotocatalítica probada en la degradación del colorante negro reactivo 5 (RB5) fue la de ZnO-ETG, por lo que ésta muestra fue la que se empleó para las etapas posteriores de este trabajo. En la segunda parte se sintetizó ZnO con tres concentraciones molares del precursor de zinc, 0.2M, 0.3M y 0.4M. Esto se realizó principalmente para disminuir el tamaño de partícula del ZnO, ya que la obtención de nanopartículas es imperativa en este estudio. La muestra que mostró el mejor desempeño fotocatalítico fue la sintetizada con 0.2M de precursor, por lo que se utilizó esta concentración para la síntesis de las NP’s dopadas y co-dopadas. Finalmente, una vez determinadas las mejores condiciones de síntesis para la obtención de las nanopartículas de ZnO, se procedió al estudio del efecto del dopaje sobre sus propiedades fotocatalíticas. Los dopantes utilizados fueron rodio y tungsteno, con porcentajes de 0.5%, 0.7% y 1.0% molar. Además, se obtuvo ZnO co-dopado con los siguientes porcentajes molares 0.50%Rh/0.50%W, 0.25%Rh/0.75%W y 0.75%Rh/0.25%W. Se observó que la inserción de Rh y/o W no modifica la estructura, ni la morfología, ni la carga superficial del ZnO de manera significativa, pero sí existe un cambio en la absorbancia óptica y en la brecha de energía prohibida debido a la presencia de estos iones, los cuales mejoran la actividad fotocatalítica del ZnO considerablemente. Adicionalmente, se estudió otro método de degradación del colorante RB5 conocido como sonocatálisis, empleando como catalizadores las muestras dopadas al 1.0% de rodio y tungsteno, la muestra co-dopada en la misma proporción de los iones dopantes, en donde se observó la misma tendencia que en las pruebas fotocatalíticas. Sin embargo, para el método de degradación de sonocatálisis la remoción de color se llevó en un tiempo mayor.
  • Síntesis, caracterización y evaluación de ferritas de metales alcalinotérreos para la producción fotocatalítica de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-12) Medina Mendoza, Manuel
    Se estudiaron las ferritas de metales alcalinotérreos MgFe₂O₄, CaFe₂O₄ y BaFe₂O₄ como materiales fotocatalíticos en la producción de hidrógeno a partir de la ruptura de la molécula del agua. En este proyecto de investigación se exploraron los métodos de síntesis suaves: co-precipitación, dispersión y secado de hidróxidos, descomposición térmica de nitratos y el del complejo. Se obtuvieron sus fases cristalinas puras, se determinó que el método “one-pot” del complejo del malato-nitrato fue el más adecuado, se realizó un estudio para establecer condiciones de calcinación a través del Análisis Termogravimétrico de sus precursores para evitar pérdida de material por autocombustión. Se establecieron los menores tiempos y temperaturas necesarias para obtener las fases puras de acuerdo con su análisis por Difracción de Rayos X. Los resultados de su caracterizaron por Microscopía Electrónica de Barrido, Microscopía Electrónica de Transmisión y Fisisorción de Nitrógeno indicaron que MgFe₂O4 es un material poroso, mientras que CaFe₂O₄ y BaFe₂O₄ son no porosos y están formadas por la presencia de aglomeraciones sinterizadas. Los tamaños de partículas de los polvos obtenidos van desde las decenas de nm a las decenas de micras y son nanocristalinos. También se llevó a cabo su Análisis Elemental. A fin de determinar la región del espectro electromagnético en que son activas se caracterizaron por Espectroscopía de Reflectancia Difusa UV-Vis para determinar su “Band Gap” (ancho de banda prohibido), se obtuvieron valores que indicaron que tenían potencial para ser empleadas en la fotoproducción de Hidrógeno. Una de las aportaciones importantes de esta investigación es que por primera vez se reportó de manera clara el modelo de transición de “Band Gap” para BaFe₂O₄. El desempeño fotocatalítico de estos materiales se evaluó en la producción de hidrógeno, se discutieron los resultados obtenidos y se compararon con lo reportado, de acuerdo con lo obtenido en este trabajo BaFe₂O₄ es un material fotocatalítico alternativo al TiO₂ en la producción de hidrógeno a partir de agua.