Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://hdl.handle.net/10495/15038
Título : Efecto de las características de las materias primas nacionales en la eficiencia de la producción de nopol
Autor : Gallego Villada, Luis Alfonso
metadata.dc.contributor.advisor: Alarcón Durango, Edwin Alexis
Villa Holguín, Aída Luz
metadata.dc.subject.*: Producción
Production
Materia prima
Raw materials
Temperatura
Temperature
Sodio
Sodium
Rayos X
X-rays
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http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept1816
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http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept9535
Fecha de publicación : 2020
Resumen : RESUMEN: Uno de los materiales más promisorios para la síntesis catalítica de nopol es el Sn/MCM–41. Para la síntesis de este material, se han propuesto diferentes rutas como la deposición química al vapor, síntesis directa a temperatura ambiente e impregnación húmeda incipiente. Como fuentes de Sn se han utilizado Sn Cl2. 2H2O y SnCl4, prefiriéndose el primero por no requerir condiciones especiales para su manipulación. La fuente de silicio que se ha empleado tradicionalmente para la síntesis del soporte mesoporoso es el tetraetilortosilicato (TEOS), el cual se importa de Sigma –Aldrich y tiene un costo hasta 186 veces mayor al de fuentes de silicio disponibles en Colombia como el silicato de sodio que produce Manufacturas Silíceas S.A.S. Por esta razón, en esta investigación se estudia la viabilidad técnica de obtener soportes mesoporosos MCM–41 similares a los obtenidos convencionalmente empleando fuentes de silicio del país. En cuanto al procedimiento de impregnación de Sn en el soporte, esta se ha llevado a cabo utilizando impregnación húmeda incipiente, el cual es un procedimiento que se realiza de una manera muy manual, adicionando gota a gota la solución precursora de estaño al soporte y con mezclado manual hasta que se concluya que los poros del sólido están saturados, es decir, no admite un exceso de solución. Por tanto, se estudiaron estrategias que permitieron tener mayor control en el proceso de síntesis, proponiéndose un nuevo procedimiento mediante impregnación húmeda con rotoevaporación. En la síntesis de los soportes con silicato de sodio, se evaluó el efecto de la relación molar (RM) surfactante / SiO2 (0.12, 0.30, 0.50 y 0.70) y se determinó que con 0.70 se obtienen los materiales catalíticos más viables técnicamente para la obtención de nopol, comparándolos con los materiales tradicionales sintetizados con TEOS. Estos materiales, impregnados mediante el procedimiento planteado en este trabajo y el convencional (impregnación húmeda incipiente), se caracterizaron mediante absorción atómica de Sn y Na, difracción de rayos X (XRD), isotermas de adsorción – desorción de N2, imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM), desoción de amoníaco a temperatura programada (NH3 - TPD), infrarrojo de piridina adsorbida (piridina–FTIR), espectroscopia ultravioleta–visible de reflectancia difusa (UV–Vis–DRS), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X. Las propiedades fisicoquímicas de los materiales se relacionaron con las propiedades catalíticas (conversión de b – pineno, selectividad a nopol y rendimiento a nopol) de la reacción de Prins. Los materiales con silicato de sodio de RM=0.70 mostraron propiedades fisicoquímicas muy similares a los análogos con TEOS, puesto que se observaron los picos de difracción característicos de estos materiales; las propiedades texturales como área superficial BET, tamaño de poro y diámetro de poro estuvieron acordes a lo reportado en la literatura; las propiedades texturales por TEM mostraron un muy buen ordenamiento de los arreglos hexagonales unidimensionales en los poros; se logró concluir que las especies de Sn se encuentran como Sn (IV) en coordinación tetraédrica dentro de los canales del soporte mesoporoso en forma de óxidos SnO2. Los materiales presentaron sitios Lewis de acidez media, los cuales son necesarios para la alta selectividad a nopol; sin embargo, en la cuantificación mediante desorción de amoníaco a temperatura programada, se observó una mayor acidez en los materiales con silicato de sodio que con TEOS, lo cual se relaciona con la presencia demás grupos silanol en la superficie del material, identificada mediante XPS de alta resolución en la región O1s. El paraformaldehído es requerido para llevar a cabo la síntesis de nopol mediante la reacción de condensación de Prinsentreel b – pineno y el paraformaldehído debido a que es una buena fuente de formaldehído cuando se requieren condiciones anhidras. Debido a que el rendimiento a nopol se afecta por las propiedades específicas del paraformaldehído, se caracterizó el paraformaldehído disponible localmente (Inproquim S.A) mediante fluorescencia de rayos X (XRF) para determinar presencia de impurezas, difracción de rayos X para identificar las fases cristalinas presentes, espectroscopia infrarroja para caracterizar los grupos funcionales presentes y análisis térmicos para evidenciar qué eventos térmicos ocurren en la descomposición del polímero, para compararlo con la literatura en este tipo de materiales y posteriormente, determinar la cinética de depolimerización. Se logró determinar que la descomposición ocurre a través de dos reacciones paralelas, cuyos modelos de reacción corresponden a un modelo de nucleación, Avrami–Erofeyev (A4) y a un modelo de contracción geométrica, área de contracción (R2), cuyas energías de activación son19.8 kJ mol-1 y 77.5 kJ mol-1, respectivamente. Además, los resultados permitieron concluir que la cadena de este polímero es mayor al de Sigma–Aldrich, lo cual afectó negativamente la producción de nopol, debido a su menor actividad, en comparación con el paraformadehído de Sigma–Aldrich. La actividad catalítica empleando aceite de trementina como fuente de b – pineno y paraformaldehído de Inproquim S.A, mostró la posibilidad de obtener nopol con altas selectividades, empleando materias primas disponibles en el mercado local. Se estudió el efecto, de manera independiente, que tienen en la reacción, la cantidad de solvente, la carga de catalizador, la relación molar paraformaldehído / b – pineno y el tiempo de reacción, por medio de los cuales se definieron los niveles adecuados para llevar a cabo un diseño de experimentos (Diseño Central Compuesto centrado en las caras), cuyo objetivo fue optimizar la conversión de b – pineno, la selectividad a nopol y el rendimiento a nopol, obteniendo 71.27%, 98.60% y 60.84%, respectivamente. Además, se estudió la reutilización de los materiales y la estabilidad de los mismos mediante pruebas de lixiviación, obteniéndose que pueden realizarse hasta cuatro usos del material sin pérdida significativa de actividad catalítica, implementando procedimientos simples de tratamientos entre cada uno de los usos, y además, que la reacción efectivamente procede de forma heterogénea puesto que no se identificó lixiviación del Sn.
Aparece en las colecciones: Maestrías de la Facultad de Ingeniería

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