Síntesis de polímeros orgánicos y óxidos masivos inorgánicos modificados para la adsorción y eliminación catalítica de contaminantes presentes en efluentes líquidos y gaseosos

Abstract

La síntesis de materiales es un campo en constante actualización y crecimiento tendiente a alcanzar rutas económicas que no perjudiquen el ambiente. Un sistema catalítico es un material compuesto formado por un soporte inerte y una fase activa que en general tiene tamaño nanométrico. Dentro de las aplicaciones de estos materiales es conocido que las nanopartículas de diversos elementos tales como Cu, Co, Mn, Zn, Mg, Ca, Pd, Li que resultan tener muy buena respuesta para el tratamiento de contaminantes presentes en efluentes gaseosos (GEI) y líquidos (por ejemplo, fenol, atrazina, diclofenac). Para mejorar la eficiencia de estos materiales es necesario el empleo de un material inerte inorgánico (tales como óxidos masivos) y orgánicos tales como un biopolímero de amplia abundancia, biodegradable y que sea capaz de inmovilizar las nanopartículas. Esta propuesta vincula dos grupos de investigación con experiencia en diferentes áreas de la síntesis de materiales para distintas aplicaciones tecnológicas, uno es el Instituto de Tecnología Celulósica (ITC) y otro el Instituto de Catálisis y Petroquímica (INCAPE). En este marco se propone la síntesis de materiales novedosos que puedan tener distintas aplicaciones, como es el caso de sistemas compuestos en los que se vincule un soporte económico, renovable y amigable con el ambiente como es la celulosa el cual puede ser modificado superficialmente de modo que permita un anclado estable de nanopartículas de Cu y Pd, para fines catalíticos y adsorbentes. Se plantea la prepararán hidrogeles de celulosa nanoporosos, en forma de films y micro-esferas y de catalizadores sobre soportes inorgánicos. El rendimiento catalítico de estos sólidos se analizará sobre la eliminación de contaminantes en agua (contaminantes emergentes) y en efluentes gaseosos buscando la mitigación de los GEI. El principal desafío de este proyecto es por un lado la optimización de los métodos de preparación de estos materiales compuestos, de tal manera que confluya a la selección del material más adecuado para las aplicaciones propuestas. Por otro, la determinación de la ruta de síntesis más conveniente con un balance general positivo en el que participan costos, tiempo, calidad del producto, rendimiento catalítico y efectos sobre el ambiente. El mismo posibilitaría desarrollos posteriores para futuros escalamiento de los procesos estudiados y la posibilidad de la mitigación de contaminantes presentes en nuestra región.

Material synthesis is an ever-evolving and growing field aimed at achieving protocols that conform to the principles of Green Chemistry. That is, to reach economic routes that do not harm the environment. The need to address new technologies for the mitigation of pollutants in consumer water has made the use of new catalysts relevant. A catalytic system is a composite material consisting of an inert support and an active phase that is generally nano-sized. Within the applications of these materials it is known that nanoparticles of various elements such as Cu, Co, Mn, Zn Mg, Ca, Pd Li that turn out to have very good response for the treatment of contaminants present in gaseous effluents (GHGs) and liquids (phenol, atrazine, diclofenac). But to improve the efficiency of these materials it is necessary to use an inert inert material (such as massive oxides) and organic such as a biopolymer of broad abundance, biodegradable and capable of immobilizing the nanoparticles. This proposal links two research groups with experience in different areas of material synthesis for different technological applications, one is the Institute of Cellulose Technology (ITC) and another the Institute of Catalysis and Petrochemistry (INCAPE). In this framework it is proposed the synthesis of novel materials that may have different applications, such as compound systems in which an economic, renewable and environmentally friendly support is linked such as cellulose which can be modified superficially so as to allow stable anchoring of Cu and Pd nanoparticles, for catalytic and adsorbent purposes. It is proposed to prepare nanoporous cellulose hydrogels, in the form of films and micro-spheres, from aqueous solutions as a support of nanoparticles of different elements depending on the reaction under study. The catalytic performance of these solids will be analysed on the removal of contaminants in water (emerging contaminants) and in gaseous effluents seeking GHG mitigation. The main challenge of this project is on the one hand the optimization of the preparation methods of these composite materials, in such a way that it converges to the selection of the most suitable material for the proposed applications. On the other hand, the determination of the most convenient synthesis route with a positive balance involving costs, time, product quality, catalytic performance and effects on the environment. It would enable further developments for future escalation of the processes studied.