Química (Mag.)
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Item Síntesis de nuevos hidrogeles pH- y termo- sensitivos a base de N,Ndimetilacrilamida, N-isopropilacrilamida y macromonómero de 2- oxazolina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-24) Santillán Espinoza, Fátima Amanda; Rueda Sánchez, Juan CarlosLa presente tesis trata de la síntesis y caracterización de hidrogeles sensibles a la temperatura y al grado de acidez (pH) a partir de la polimerización radicalar, iniciada por el persulfato de potasio, de N,N-dimetilacrilamida (DMAA), N-isopropilacrilamida (NIPAAm) y un macromonómero de 2-oxazolina (MK-17). Se estudió también la aplicación de los materiales elaborados en la adsorción del colorante azul de metileno. Estos hidrogeles se sintetizaron basándose en el fenómeno de autogelación que presenta el monómero N,N-dimetilacrilamida en presencia de iniciadores radicalarios tipo redox, como el persulfato de potasio. Con este método se obtuvieron materiales más rígidos que un hidrogel convencional como consecuencia de un entrecruzamiento más homogéneo del material. La caracterización estructural de los hidrogeles fue realizada mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN-MAS) y espectroscopía infrarroja (FTIR-ATR). Mediante estas técnicas fue posible corroborar la incorporación de los diferentes tipos de monómeros en la estructura del hidrogel. La presencia de poliNIPAAm y del macromonómero MK-17 en el hidrogel, posibilitó la sensibilidad de los hidrogeles a la temperatura y al pH, respectivamente. La sensibilidad a estos parámetros fue expresada macroscópicamente como una contracción o expansión del volumen del hidrogel por cambios de temperatura y de pH. A mayor contenido de NiPAAm el hidrogel presentó mayor sensibilidad a la temperatura y a mayor contenido de macromonómero se incrementó también la sensibilidad al pH. Los hidrogeles fueron estables térmicamente hasta los 350 °C aproximadamente, temperatura donde empieza a degradarse. Esta estabilidad térmica fue evaluada mediante análisis termogravimétrico (TGA). Los hidrogeles del tipo DMAA – MK-17 fueron utilizados como material adsorbente del azul de metileno en un medio acuoso. Se evaluó la influencia de factores, tales como, la concentración inicial de azul de metileno, la masa del hidrogel, el pH y el tiempo de contacto entre el hidrogel y el pigmento. Se obtuvo como resultado que la adsorción se regía bajo el modelo de Freundlich y con una cinética de pseudo-segundo orden.Item Estudio de la adsorción de fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol utilizando carbón activado modificado con cobre(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-03-15) Aylas Orejón, Edwin Javier; Sun Kou, María del RosarioEl presente trabajo se centró en la síntesis y la caracterización de carbón activado modificado con cobre con el propósito de a) potenciar las propiedades del carbón como material adsorbente de compuestos fenólicos: fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol, b) evidenciar la propiedad bacteriostática del carbón modificado con cobre en contacto con las cepas de Escherichia coli. Se utilizaron como precursor semillas de aguaje (Mauritia Fleuxuosa L.f.), que es un material lignocelulósico, abundante y renovable. Se estudió el efecto de la funcionalización ácida del carbón activado variando la concentración del ácido, temperatura y tiempo de contacto, y analizando su efecto en el cobre incorporado en la superficie del carbón. Los resultados mostraron una disminución en la capacidad de adsorción del carbón funcionalizado y modificado con cobre. Se realizó el estudio de la capacidad adsortiva del carbón impregnado con Cu sin la funcionalización ácida considerando los siguientes aspectos: a) La influencia de la cantidad de Cu incorporado, pH de la solución y temperatura de reducción. Los resultados mostraron un aumento en la capacidad de adsorción del 4-nitrofenol, una reducción con el fenol y ninguna variación con el 4-clorofenol. b) La quimisorción de los compuestos fenólicos en presencia de oxígeno molecular (O2). Se obtuvo como resultado un incremento en la capacidad de adsorción del fenol y una reducción del 4-clorofenol y 4-nitrofenol. c) La evaluación de la propiedad bacteriostática del carbón modificado con cobre mostró la inactivación de las cepas de Escherichia coli puestas en contacto. d) El estudio cinético y en condiciones de equilibrio para evaluar el efecto del tiempo de equilibrio, pH de la solución, relación masa de carbón/volumen de solución y temperatura de adsorción. Los resultados experimentales se correlacionaron con losmodelos cinéticos y de isotermas. Como resultado final se determinó el proceso de adsorción de los compuestos fenólicos estudiados.Item Preparación y caracterización de sensores a base de Zeolita con óxido de Estaño dopado con Pt y su aplicación como nariz electrónica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-30) Cárcamo Cabrera, Henry Alonso; Sun Kou, María del RosarioLa presente tesis se centra en realizar una diferenciación entre vinos peruanos tintos semisecos jóvenes y la diferenciación de éstos vinos con vinos posiblemente adulterados, utilizando para ello una nariz electrónica constituida por un arreglo de 10 sensores a base de óxido de estaño dopados con Pt y recubiertos con zeolita-Y. La caracterización de estos materiales se realiza mediante FRX, DRX, ATR, FTIR, SEM-EDX, TGA-DTGA, adsorción-desorción de N2 y AA. Se realiza un estudio computacional de la interacción de los centros activos de la zeolita con alcoholes y con algunos componentes volátiles de los vinos, evaluando la energía de adsorción para cada interacción, utilizando el programa Gaussian 09. Se realiza el sensado de los alcoholes, con el software Labview, de los vinos comerciales y vinos posiblemente adulterados utilizando la nariz electrónica, bajo condiciones óptimas de temperatura, tiempo de sensado, concentración de la fase metálica en el dopaje del sensor con y sin recubrimiento de zeolita. Se obtiene las mejores señales de respuesta de los sensores en presencia de etanol al 12 % y metanol al 3 %. La mejor temperatura de sensado es de 260 °C y los mejores sensores son S-0,1 %Pt/SnO2; S-0,2 %Pt/SnO2; S-0,1 %Pt/SnO2/ZY y S-0,2 %Pt/SnO2/ZY. Los datos obtenidos son procesados mediante Análisis de Componentes Principales (PCA). Este método es un tratamiento estadístico que permite reducir la dimensionalidad de un conjunto de datos iniciales de manera que la varianza total sea la mayor posible, el análisis de estas nuevas variables sirve para obtener un patrón característico de una muestra determinada que al ser comparado con otras, permita observar variaciones en base a un patrón inicial. Los PCA obtenidos de los datos de las mediciones de los vinos utilizando los mejores sensores, muestran una varianza más alta y una mejor diferenciación de los vinos comerciales de los vinos posiblemente adulterados, a la vez que se logra diferenciar mejor los vinos comerciales por marca y tipo (tinto y rose).Item Estudio de la adsorción de arsénico presente en soluciones acuosas empleando materiales adsorbentes a base de quitosano modificado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-29) Meza López, Flor de Liss; Sun Kou, María del RosarioLa presente investigación tiene como objetivo principal el estudio de la adsorción de arsénico empleando materiales adsorbentes a base de quitosano modificado. La importancia de este estudio radica en la creciente preocupación por el impacto ambiental y el efecto negativo a la salud generada por este contaminante debido su alta toxicidad a bajas concentraciones y a su capacidad de bioacumulación. Los materiales adsorbentes se obtienen a partir del material precursor quitosano (QUI). Con posteriores modificaciones realizadas al precursor, como la incorporación del grupo carboxilo (COOH) formando el carboximetilquitosano (CMQ), la funcionalización con Fe por impregnación mediante el método de oxidación in situ con un post tratamiento tanto para el QUI como para el CMQ, se obtienen como materiales resultantes Fe-QUI y Fe-CMQ. Los materiales adsorbentes son caracterizados mediante diferentes técnicas instrumentales: RMN, FTIR, DRX, SEM, EDX, valoración potenciométrica, titulación Boehm y pHPZC La estabilidad y el porcentaje de hierro impregnado también son evaluados. Los resultados del estudio de adsorción muestran que los adsorbentes obedecen al siguiente orden: Fe-CMQ > Fe-QUI > QUI >> CMQ, en base a la mayor capacidad de adsorción obtenida tanto para la retención del As (III) y As (V). La evaluación de parámetros de adsorción (pH y masa de adsorbente), demuestra que la adsorción de As (III) se favorece a pH 9 con una masa de 30 mg de adsorbente, en tanto que para el As (V) la adsorción se favorece a pH 4 y con una masa de 20 mg, debido a la especiación que sufren ambos adsorbatos. Todos los resultados cinéticos se correlacionan mejor con el modelo de pseudo segundo orden, evidenciando una interacción adsorbato-adsorbente en base a la disponibilidad de sitios activos (interacción ácido/base y electrostática). Así mismo, las isotermas de adsorción y los resultados en general muestran que la adsorción se produce en centros activos con una superficie heterogénea y con una distribución homogénea de energía.Item Evaluación de la capacidad de adsorción de las arcillas organofílicas para la adsorción de nitratos y nitritos en soluciones acuosas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-04) Adauto Ureta, Anaís Elena; Sun Kou, María del RosarioEl presente trabajo de tesis tiene como finalidad el estudio de la adsorción de los aniones nitrato y nitrito en soluciones acuosas empleando arcillas organofílicas como adsorbentes. Las arcillas organofílicas se obtuvieron mediante la sustitución de los cationes de cambio presentes en las arcillas precursoras por cationes amonio cuaternario, para ello se emplearon dos arcillas precursoras, una arcilla cálcica natural (FS) y la misma arcilla intercambiada con Na+ (CP) y dos cationes amonio hexadeciltrimetilamonio (HDTMA) y benciltrietilamonio (BTEA) con cantidades equivalentes a 1.5, 2.5 y 4.0 de capacidad de intercambio catiónico (C.E.C.) de la arcilla precursora. Para determinar las características estructurales, morfológicas y texturales de las arcillas precursoras y organofílicas se emplearon técnicas analíticas e instrumentales. Los difractogramas de rayos X (DRX) obtenidos mostraron una variación significativa en el espaciado basal d001 entre las arcillas precursoras y las arcillas organofílicas. Además, la presencia de los grupos –CH2 y C-N en los espectros FTIR confirmaron la presencia de los cationes amónicos en las arcillas organofílica. Este intercambio también fue evidenciado mediante la titulación Boehm y el análisis del punto de carga cero. Del análisis de sorción de N2 se observó una reducción del área superficial en las arcillas organofílicas. Considerando la capacidad de adsorción de las arcillas organofílicas para ambos aniones (nitrato y nitrito) se encontró el siguiente orden: CP-HDTMA-4.0 > CP-HDTMA-2.5 > FS-HDTMA- 4.0 > FS-HDTMA-2.5 > CP-HDTMA-1.5 > > FS-HDTMA-1.5 > CP-BTEA-4.0 > CP-BTEA-2.5 > FS-BTEA- 4.0 > FS-BTEA-2.5 > CP-BTEA-1.5 > FS-BTEA-1.5. La adsorción de nitrato y nitrito fue rápida en los primeros minutos logrando alcanzar el equilibrio entre los 8 - 15 min. El modelo cinético que presentó un mejor ajuste con los resultados experimentales de la adsorción de ambos aniones fue el de pseudo-segundo orden. Con respecto a las isotermas de adsorción de nitrato se encontró un mejor ajuste con los modelos de Redlich-Peterson y Langmuir, mientras que para la adsorción de nitrito, las isotermas se correlacionaron mejor con el modelo de Langmuir. Al evaluar los factores que influyen en la capacidad de adsorción de nitrato y nitrito se logró alcanzar la máxima adsorción a pH = 4 y con una cantidad de sal amónica equivalente a 4.0 C.E.C de la arcilla precursora, mientras que a pH = 10 y con una cantidad de sal amónica de 1.5 C.E.C se obtuvo una mínima adsorción.Item Estudio de la capacidad de adsorción de las arcillas organofílicas en la remoción de nitrofenoles y clorofenoles(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-20) Pérez Tomas, Liz Verónica; Sun Kou, María del RosarioEl presente trabajo se centró en el estudio de la capacidad de adsorción del fenol, 2- nitrofenol, 2,4-dinitrofenol, 2-clorofenol y 2,4-diclorofenol utilizando arcillas organofílicas (CPHDTMA y FS-HDTMA) como adsorbentes. Además, se evaluó el efecto de la naturaleza de la arcilla y el efecto que pueden tener los grupos funcionales (-NO2 y -Cl) mono- y disustituido en el fenol en la capacidad de adsorción. Las arcillas organofílicas fueron preparadas por intercambio catiónico a partir de una arcilla natural (FS) y una arcilla homoionizada (CP), utilizando como catión amónico el hexadeciltrimetilamonio (HDTMA). La caracterización fisicoquímica se realizó mediante DRX, SEM-EDX, FTIR, TG, sorción de N2, acidez y basicidad y punto de carga cero, con lo que se pudo conocer la morfología, la estructura y las propiedades superficiales de los materiales adsorbentes En base a la capacidad de adsorción se observó el siguiente orden de retención de los adsorbatos: fenol < monosustituidos < disustituidos. La mayor adsorción se obtuvo con la CPHDTMA. Los resultados de las isotermas mostraron que la adsorción se llevó a cabo sobre una superficie mixta, donde la energía de adsorción se redujo con el grado de ocupación de los sitios activos. El proceso de adsorción se llevó a cabo por una combinación del mecanismo de partición y de atracción electrostática. El pH tuvo un rol importante en la capacidad de adsorción, ya que influyó en la carga superficial del adsorbente. El incremento de la fuerza iónica mejoró la capacidad de adsorción, este comportamiento fue explicado por el efecto de salting out. Se evidenció una mayor adsorción de los clorofenoles por ser de carácter más hidrofóbico que los nitrofenoles, en estos últimos la adsorción fue proporcional a su polaridad, mientras que en los clorofenoles la adsorción fue proporcional a su constante de partición log Pow.Item Adsorción y desorción de iones plata sobre quitina y quitosano de Litopenaeur Vannamei(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-10) Jáuregui Nongrados, John Rudy; Pastor de Abram, AnaEn esta investigación se estudió el proceso de adsorción de iones plata (Ag+), sobre polímeros naturales provenientes de la industria pesquera. Se utilizó quitina y sus derivados, quitina calcárea y quitosano, para determinar su potencial aplicación al tratamiento de efluentes provenientes de desechos industriales que contengan este metal precioso en bajas concentraciones. Tanto la quitina como el quitosano fueron caracterizados por espectroscopias: FT-IR , 1H-RMN y microscopía electrónica de barrido(SEM). Los experimentos de biosorción se realizaron tomando en cuenta las variables pH, temperatura y concentración de Ag+ en la solución, así, como el tamaño de partícula del biosorbente. Se encontró que la máxima capacidad de adsorción de Ag+ por parte de los biopolímeros (30% en la quitina, 80% en la quitina calcárea y 99 % en el quitosano) ocurre en un rango de pH entre 4 y 8. El estudio de la cinética muestra que el proceso de biosorción ocurre rápidamente en los primeros minutos para después continuar aumentando muy lentamente hasta llegar al equilibrio. También se obtuvieron las respectivas isotermas de adsorción para cada biopolímero, de estas curvas se obtuvieron los valores de capacidad máxima de retención. El quitosano presenta buena propiedades de retención de Ag+, seguido por la quitina calcárea, mientras que la quitina no presenta buenas propiedades de retención, aunque mejora un poco al disminuir su granulometría y al aumentar la temperatura del proceso. También se evaluó la posibilidad de reusar al quitosano dado que se obtuvo una alta capacidad al desorberlo previamente con H2SO4 y Na2SO3, obteniéndose 30 y 85% de Ag+, respectivamente.Item Estudio del proceso de adsorción de cadmio y cromo presentes en soluciones acuosas utilizando carbones activados modificados(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-04-26) Uechi López, Julio Alexis; Sun Kuo, María del RosarioEl objetivo principal de la presente investigación fue el estudio del proceso de adsorción de cadmio y cromo presentes en soluciones acuosas utilizando carbones activados modificados. Se utilizó como materia prima un carbón activado comercial. Para la modificación superficial del carbón activado, se trabajó con HCl, HNO3, NaOH, H2O2 y NaCl, a distintas concentraciones. Para las soluciones ácidas, básica y salina, el tiempo de reacción fue de 24 h a 50°C, mientras que, para el agua oxigenada fue de 3 h a temperatura ambiente. La caracterización se realizó utilizando diferentes técnicas instrumentales: pHPZC, titulación Boehm, FTIR, SEM, EDX y sorción de N2. Se determinó que el punto de carga cero variaba con el tratamiento aplicado al carbón activado, pero se mantuvo con leves cambios en los carbones tratados con sales. La espectroscopia infrarroja (FTIR) permitió establecer la formación de posibles grupos funcionales oxigenados después de la modificación del carbón activado. La titulación Boehm permitió determinar los grupos ácidos superficiales. La funcionalización de los carbones activados con HNO3 y H2O2 incrementan la acidez superficial del carbón, aumentando la cantidad de los grupos carboxílicos y fenólicos, mientras que se redujo los grupos lactónicos en dichos carbones. La microscopia electrónica de barrido (SEM) permitió el análisis morfológico del carbón, se identificó posteriormente 3 estructuras diferentes que conformaban el carbón de partida y que debido al tratamiento aplicado (principalmente con un agente oxidante) se producía mayor fragmentación en el carbón funcionalizado. Mediante la sorción de N2 se pudo establecer que todos los tratamientos, con excepción de aquel en que se utilizó NaCl, produjeron una reducción del área superficial; este efecto fue mayor cuando se utilizó un agente oxidante (HNO3 y H2O2) y cuando la concentración empleada fue más alta. Se realizó el estudio cinético de la adsorción del cadmio y del cromo, obteniendo que los tiempos de equilibrio para la adsorción de ambos metales en forma individual fue de aproximadamente 100 minutos. Se determinó que, para la adsorción de cromo solo los carbones tratados con HNO3 y con H2O2mejoraron la capacidad de adsorción del carbón activado. Sin embargo, con estos mismos carbones, la funcionalización no fue tan efectiva para la adsorción de Cd (II). La funcionalización del carbón con HCl y con NaCl no resultó adecuada para la adsorción de ninguno de estos metales. Por otro lado, cuando se cambió el adsorbato por un compuesto orgánico como el 4-nitrofenol, se observó un ligero aumento en la capacidad de adsorción con el carbón activado funcionalizado con NaCl, indicando que el tipo de modificación que se aplique al carbón activado depende también de la naturaleza del adsorbato que se quiera investigar. Al analizar los factores que pueden influir en la retención del adsorbato, se determinó que la adsorción es mejor a pH = 5 y a bajas temperaturas (10°C). Los resultados cinéticos en la gran mayoría de los carbones modificados presentan el mejor ajuste con el modelo de pseudo segundo orden, lo que indica que el proceso de adsorción depende de la disponibilidad de los sitios de adsorción.Item Preparación-caracterización de carbones activados a partir de pepas de nispero de palo (Mespilus communi) y su aplicación como material adsorbente de fenol(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-12-09) Delgadillo Gamboa, Gloria Ana; Sun Kuo, María del RosarioEn este trabajo se prepararon carbones activados (CA) a partir de pepas de níspero de palo (Mespilus communi), por activación química utilizando como agentes activantes ácido fosfórico (H3PO4) e hidróxido de potasio (KOH), en un ambiente inerte empleando un flujo controlado de nitrógeno (N2). Se evaluó la influencia del tamaño de partícula (mm) del precursor (pepa de níspero), la relación de impregnación (R), es decir, masa agente activante/masa precursor, la velocidad de calentamiento (ºC min-1) durante la activación y de la temperatura de activación (TA), en las propiedades texturales y en la capacidad de adsorción de fenol de los CA. Los grupos superficiales y los tipos de enlaces del precursor y de los CA se determinaron por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier. Los grupos ácidos y básicos se cuantificaron por el método de titulación Bohem. Mediante adsorción de N2 a 77K, se determinó que los CA obtenidos a R y TA más altas tuvieron elevadas áreas superficiales (SBET) con una estructura micro y mesoporosa. Los CA con H3PO4 se caracterizaron por poseer mayor microporosidad que los activados con KOH, en concordancia con las microfotografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM). Los análisis anteriores, además del análisis termogravimétrico (ATG), ayudaron a explicar el proceso de activación de los carbones. La naturaleza del precursor y los métodos de preparación tuvieron una fuerte influencia en las propiedades texturales y adsorbentes de los CA, en particular la R y la TA. Se estableció, que tanto las propiedades texturales como las propiedades químicas superficiales, determinaron la capacidad de adsorción de los CA hacia el fenol. En el proceso de adsorción, el tiempo para lograr el equilibrio fue de 6 horas, mientras que el pH óptimo fue de 5,5. Los CA con KOH mostraron una mayor capacidad de adsorción de fenol, que aquellos activados con H3PO4. A partir de una solución de 100 ppm de fenol se removió hasta 93,3 y 61,6 mgfenol.g-1 CA con los CA con KOH (muestra NK1,0-700) y con H3PO4 (muestra NF0,67-500), respectivamente; frente a un 7,6 mgfenol.g-1 CA de remoción logrado con el carbón comercial (muestra M-2184). En tanto que, a partir de soluciones de 500 ppm de fenol, el CA con KOH (muestra NK1,0-700) removió 163,7 mgfenol.g-1 CA y el H3PO4 (muestra NF0,94-500) 102,3 mgfenol.g-1 CA. Los datos experimentales de las isotermas de adsorción de fenol tuvieron una mejor correlación con el modelo de Langmuir y los datos cinéticos se correlacionaron mejor con el modelo de pseudo segundo orden y con el de difusión intraparticular; lo cual evidencia que ocurrió preferentemente una quimisorción del fenol en la superficie del carbón.