Purificación de aire mediante oxidación fotocatalítica de gases contaminantes NOₓ: estudio de los fotocatalizadores TiO₂ y ZnO

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son gases contaminantes que afectan al medio ambiente al ser responsables de la formación de smog fotoquímico, lluvia ácida, ozono troposférico, reducción de la capa de ozono, además de participar en el efecto invernadero en la forma de N2O. Adicionalmente, la exposición a estos gases provoca daños a la salud de los seres humanos. Una propuesta tecnológica para abordar esta problemática ambiental es su eliminación mediante un proceso fotooxidativo, lo cual requiere del empleo de óxidos semiconductores con alta actividad fotocatalítica. En el presente trabajo de investigación se valoró el alcance de la tecnología de fotocatálisis heterogénea para la purificación de aire por eliminación de gases tipo NOx. Para este propósito, en una primera parte del trabajo se construyó un reactor fotocatalítico de acuerdo a la norma internacional ISO 22197-1 con el fin de realizar las pruebas fotocatalíticas en condiciones estándar a las establecidas por la regulación internacional y dar así consistencia a los resultados obtenidos. La segunda parte del trabajo consistió en la síntesis y caracterización de los óxidos semiconductores TiO2 y ZnO por el método sol-gel para lo cual en cada caso se aplicó un diseño de experimentos con el fin de encontrar las condiciones experimentales que permitieran la obtención del mejor fotocatalizador de cada sistema en base a sus propiedades fisicoquímicas. La actividad fotocatalítica de las muestras de TiO2 y ZnO se determinó en la reacción de fotooxidación de óxido nítrico (NO) en aire bajo radiación UV. Los mejores fotocatalizadores fueron seleccionados para pruebas de desempeño variando las condiciones experimentales de la reacción fotocatalítica como el caudal volumétrico que entró al reactor, la irradiancia y la cantidad de humedad presente en el medio de reacción, evaluando además el efecto de diversas variables experimentales de la reacción fotocatalítica en sus respectivos valores. Asimismo, el seguimiento de los productos de reacción confirmó la presencia iones nitrato (NO3-) como producto mayoritario de la fotooxidación de NO, lo que dota al proceso de eliminación de NO de un carácter sustentable. En una tercera parte del trabajo se probó la actividad fotocatalítica del fotocatalizador TiO2 cuando fue incorporado en un prototipo de material de construcción. El desempeño fue probado bajo condiciones simuladas y reales de exposición a la intemperie. Los resultados obtenidos indicaron la potencial aplicación de los materiales para el desarrollo comercial de productos fotocatalíticos. En la parte final del trabajo se presentan resultados obtenidos con óxidos semiconductores alternos a los convencionales como Bi2Mo3O12 y TiO2/WO3 cuyo principal propósito fue el de desarrollar fotocatalizadores cuya activación fuera mediante absorción en la porción visible del espectro solar.

Respuesta a estrés iónico/Ph alcalino en ustilago maydis (Stevenson and Johnson, 1944) (ustilaginales, ustilaginaceae)

Todo organismo se enfrenta a condiciones desafiantes durante su desarrollo; variaciones de temperatura, humedad, presión osmótica y de pH, esta última condición se ve implicada en el grado de disponibilidad de nutrientes, entre ellos los metales, cuya solubilidad depende del pH del medio, por lo que la homeostasis de las concentraciones intracelulares de iones es fundamental para la fisiología de todo organismo vivo. El zinc forma parte estructural y es cofactor catalítico de numerosas enzimas y factores de transcripción, es por ello, que el transporte del metal está altamente regulado. Se han descrito transportadores de zinc y/o hierro pertenecientes a la familia ZIP, donde los principales representantes son Zrt1p y Zrt2p de alta y baja afinidad a zinc respectivamente, expresados ante condiciones limitantes de zinc en la levadura Saccharomyces cerevisiae. En el presente estudio fueron caracterizados 2 genes que codifican para transportadores de zinc en el hongo basidiomiceto Ustilago maydis; el gen codificado en el marco de lectura abierto um00096 corresponde a un transportador de alta afinidad a zinc, siendo ortólogo a ZRT1 de S. cerevisiae, mientras que el gen codificado en el marco um03110 presentó menor afinidad por el metal, nuestros resultados indican que pudiese ser transportador de otro metal. Mediante transcripción reversa y reacción en cadena de polimerasa punto final (RTPCR), se identificó que el factor de transcripción Rim101p participa en la regulación del gen ZRT2 de U. maydis, actuando como represor, en ambientes ácidos y limitantes de zinc, y como activador en pH neutro y bajas concentraciones de zinc.

Sobre los problemas binivel lineales con coeficientes intervalos en los lados derechos de las restricciones del nivel inferior.

En este trabajo se estudia una clase particular de problemas de programación binivel en donde las funciones objetivo de ambos niveles y las restricciones son lineales. Además se considera el problema del nivel inferior como un problema de programación por intervalos, en donde los coeficientes intervalos aparecen solamente en los lados derechos de las restricciones. Es decir, se asume que los lados derechos de las restricciones del nivel inferior no se conocen con exactitud sino que están dados por un intervalo delimitando un intervalo de valores. Este hecho aumenta significativamente la complejidad del problema binivel debido a que la región factible del nivel inferior no se conoce con exactitud y por consecuencia, la reacción ´optima del seguidor no puede ser obtenida de forma general repercutiendo directamente en la decisión del líder. La existencia de esta incertidumbre en el nivel inferior evita la posibilidad de obtener una solución óptima binivel que sea factible para todo el intervalo de los lados derechos. Es por esto, que se definen las soluciones robustas binivel. Se estudian dichas soluciones robustas binivel, se analizan algunas de sus propiedades y se propone una metodología eficiente para encontrar el óptimo del problema partiendo de la solución robusta binivel. La metodología propuesta se valida y ejemplifica con algunos ejemplos numéricos mostrando que el esquema de solución propuesto es conveniente para resolver este tipo de problemas.

Remoción de compuestos fenólicos de aguas residuales de la refinación del petróleo mediante electrocoagulación, fenton y foto-fenton

En la presente investigación se evaluó la aplicación de los tratamientos de electrocoagulación (EC), Fenton y foto-Fenton para remover compuestos fenólicos presentes en el agua residual de una refinería del petróleo, y cumplir con el nivel regulatorio de descarga establecido por la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés). En el proceso de electrocoagulación se evaluaron las variables de tiempo de tratamiento, densidad de corriente, tipo de electrodo, tipo de configuración, posición de los electrodos, pH y agitación, mediante un diseño experimental. Al agua electrocoagulada se le aplicó el tratamiento Fenton, en el cual se evaluaron las variables de concentración de H2O2, Fe2+, y el tiempo de tratamiento. Con el fin de mejorar los porcentajes de mineralización del agua electrocoagulada se aplicó el tratamiento foto-Fenton con luz ultravioleta, en el cual se evaluaron los efectos de las concentraciones de H2O2, Fe2+ y aireación. Conclusiones y contribuciones: Para el tratamiento de electrocoagulación, las mejores condiciones de operación se obtienen bajo las siguientes condiciones: 40 mAcm-2, tiempo de tratamiento de 20 min, pH 7, agitación de 155 rpm, con electrodos orientados horizontalmente en configuración monopolar en paralelo, usando electrodos de hierro; bajo estas condiciones se remueve 52.4% de fenoles totales y 42.3% de COT. La aplicación al agua residual electrocoagulada del tratamiento Fenton, conduce a la degradación de los compuestos fenólicos remanentes del tratamiento de EC a concentraciones menores a 1 ppm y 57.6 % de remoción de COT, siendo las condiciones siguientes las mejores obtenidas: concentración de 19.8 mgL-1 de Fe2+ y 612 mgL-1 de H2O2 en un tiempo de reacción de 15 min a pH 3. Los mejores resultados del tratamiento foto-Fenton aplicado al agua electrocoagulada se obtienen con 306 mgL-1 de H2O2, 19.8 mgL-1 de Fe2+, y con aplicación de aire, alcanzando una remoción de 88% de COT.

Síntesis de BaBiO₃ y Sr₂Bi₂O₅ para su evaluación en procesos fotoinducidos en la degradación de rodamina b y conversión del agua.

Propósito y Método del estudio: En este trabajo se estudió la influencia del método de síntesis en las propiedades fisicoquímicas, fotocatalíticas y fotoelectroquímicas del BaBiO3 y el Sr2Bi2O5. En primera instancia, se realizó la síntesis de los materiales por la técnica de estado sólido (pos-tratamiento con molienda mecánica) e hidrotermal. Para la síntesis en hidrotermal se exploraron 3 diferentes temperaturas: 130, 150, 170 °C. Los materiales obtenidos fueron caracterizados mediante Difracción de Rayos-X (DRX), Espectroscopía de Reflectancia Difusa (ERD), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Fisisorción de Nitrógeno. Posteriormente se realizó la evaluación de las propiedades fotocatalíticas de los materiales obtenidos en la degradación de rodamina B. Las pruebas fotocatalíticas se realizaron en un reactor tipo Batch, utilizando una lámpara de Xenón de 6000 K. El estudio fotocatalítico finalizó con el cálculo de parámetros cinéticos tales como la constante de velocidad aparente (k) y tiempo de vida media (t1/2). Los resultados mostraron que el BaBiO3 sintetizado por reacción de estado sólido presentó la mayor eficiencia fotocatalitica. Para incrementar la eficiencia fotocatalitica de los materiales sintetizados se adicionaron superficialmente partículas de NiO en porcentajes de 3, 5 y 10 % al bismutato de estroncio y bario, utilizando para ello el método de impregnación. Los materiales fueron caracterizados y probados en la degradación de rodamina B. Por otro lado, para conocer el grado de eficiencia de los materiales se realizó el estudio fotoelectroquímico para determinar la posición de las bandas de conducción y valencia de cada uno de ellos. El grado de mineralización de la rodamina B se analizó mediante análisis de Carbón Orgánico Total (COT) y adicionalmente se realizaron pruebas de reproducibilidad para determinar la estabilidad de los materiales ante la exposición de ciclos sucesivos de irradiación. Contribuciones y conclusiones: Se lograron obtener los Bismutatos de Estroncio y Bario mediante la reacción en estado sólido a 800 y 900 °C. Mientras que por el método de hidrotermal se obtuvieron los materiales a 130, 150 y 170°C, seguido de un tratamiento térmico a 700°C. Los resultados de electroquímica mostraron que el material de Sr2Bi2O5 es apto para generar procesos de oxidación y reducción. La adición de NiO no proporcionó mejora en la eficiencia fotocatalítica, lo que se atribuyó a las aglomeraciones de partículas sobre la superficie de los materiales. Los materiales obtenidos por estado sólido presentaron la mayor actividad fotocatalítica en degradación de rodamina B, comparados con los obtenidos por el método de hidrotermal, por lo que el factor que domina la actividad fotocatalítica de estos materiales fue principalmente la cristalinidad. Además los materiales presentaron buena estabilidad ante ciclos sucesivos de irradiación y mostraron un buen grado de mineralización de la rodamina B.

Producción y caracterización de la superóxido dismutasa a (SodA) de nocardia brasiliensis en pichia pastoris

Introducción: A mediados de los años 70’s del siglo pasado el descubrimiento de la tecnología del ADN recombinante marca el inicio de la era de la biotecnología moderna. La implementación de estas tecnologías permitió la utilización de organismos como sistemas de expresión que a lo largo de los años ha generado la producción de una gran variedad de productos biológicos. Dentro de estos sistemas Pichia pastoris es un sistema de expresión ampliamente utilizado debido a sus características tales como la producción de proteínas en grandes cantidades, la liberación de los productos al medio de cultivo, la obtención de productos complejos que requieren modificaciones postraduccionales típicas de los eucariotas o que contienen puentes disulfuro, entre otras. Nocardia brasiliensis es una bacteria parcialmente ácido-alcohol resistente la cual forma colonias granulares, con hifas aéreas escasas, sus colonias exhiben un color anaranjado pardo con bordes en blanco. N. brasiliensis es patógena para el ser humano y es el agente causal del actinomicetoma. El actinomicetoma es una enfermedad crónica generalmente localizada en las extremidades. Se caracteriza por ser un proceso lento de tumefacción con nódulos, abscesos y fístulas.La Superóxido Dismutasa (SOD) es una enzima reductora polimérica que cataliza la conversión del ión superóxido a peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular. La SOD ha sido propuesta como un factor de virulencia de microorganismos patógenos, cuya acción consiste en bloquear los efectores oxidativos del estallido respiratorio iniciado por los fagocítos en el fagolisosoma. Este mecanismo ha sido descrito para bacterias de los géneros Mycobacterium, Rhodococcus y Nocardia. Objetivo: producir y caracterizar la Superóxido Dismutasa A (SODA) de Nocardia brasiliensis en Pichia pastoris. Metodología: se realizó el diseño de primers adicionando secuencias de sitios de corte para las enzimas XhoI y AvrII, así como una cola de histidinas en el extremo 5’ para la amplificación del gen sodA de N. brasiliensis a partir del ADN genómico de Nocardia brasiliensis. El amplicón se clonó en el vector de expresión pPIC9. Se llevó a cabo la transformación por electroporación de levaduras Pichia pastoris GS115. La producción de SOD se llevó a cabo en inducciones de 96 h con metanol como agente inductor. Los sobrenadantes se dializaron con membranas de celulosa. Los dializados se observaron por SDS-PAGE y western blot. Se analizó la actividad funcional de la enzima con el SOD Assay kit de Sigma Aldrich. Resultados: Por reacción en cadena de la polimerasa se obtuvo una secuencia de 625 pb correspondiente al gen sodA. El fragmento se ligó al vector de expresión pPIC9 y fue caracterizado con las enzimas de restricción XhoI y AvrII. Las cepas trasformadas de P. pastoris GS115 se caracterizaron con el gen aox1 obteniendo cepas Mut+ y Muts. Los análisis por SDSPAGE mostraron bandas no observadas en el control negativo de expresión mientras en los western blot solo una de las clonas mostró señal. Los análisis de actividad funcional sugieren inhibición de la reacción enzimática infiriendo presencia de la proteína SOD en el medio dializado. Conclusiones: Se logró la construcción del sistema de expresión Pichia pastoris con el casete de expresión de la SOD de N. brasiliensis. Así como la generación de cepas Mut+y Muts. En los ensayos de actividad funcional se observó inhibición de la reacción enzimática.

Comparación entre MgAl2O4 sintetizado por medio de sol-gel contra otros métodos

Este trabajo presenta los resultados de una comparación entre una espinela (MgAl2O4) obtenida mediante sol-gel contra otros procesos reportados, tales como el horno eléctrico de arco, la reacción en estado sólido y las microondas.

Hematina como catalizador biomimético en la síntesis de polianilina conductora.

El propósito de este trabajo fue la polimerización de la anilina utilizando la hematina como catalizador biomimético en un medio de reacción ácido utilizando como disolvente el ácido acético, lo cual permitió realizar la síntesis de polianilina sin la necesidad de usar “plantillas” las cuales afectan las propiedades electroquímicas del producto final. El polímero sintetizado mediante esta técnica mostró buenas características estructurales tal y como lo demostraron los espectros de FTIR y UV-Vis. Además de contar con una buena cristalinidad y estabilidad térmica, como se pudo constatar en las pruebas de DRX y TGA respectivamente. La conductividad eléctrica, la electroactividad y la reversibilidad oxidativa de la polianilina sintetizada fueron bastante aceptables considerando las condiciones de síntesis. Finalmente el proceso de optimización de la reacción llevó a rendimientos de hasta 70%.

Estudio del efecto antimicrobiano del catdex sobre el desarrollo de Enterococcus faecalis

Las bacterias en infecciones endodónticas juegan un papel crucial para el éxito del tratamiento, a pesar de los avances en instrumentos y el gran efecto antimicrobiano del NaOCl existe evidencia científica que no se logra erradicar al 100% la carga bacteriana del sistema de conductos, debido a las condiciones anatómicas e irregularidades del conducto en ocasiones resulta imposible acceder a dichas zonas aunado a la patogenicidad de las bacterias. Actualmente en endodoncia se tiene la necesidad de investigar nuevos materiales irrigantes que se puedan utilizar para la irrigación del sistema de conductos, que sean capaces de brindarnos un mejor efecto antimicrobiano. El NaOCl es el irrigante por excelencia utilizado en endodoncia, desde los años XIX que se introdujo para su uso en la terapia pulpar. A pesar de su efecto antimicrobiano eliminando bacterias, hongos, esporas, virus y que además tiene la capacidad de disolver tejido orgánico y necrótico, sin embargo, también se caracteriza por ser una sustancia químicamente inestable, irritante y además caustico para las células. Una desventaja que tiene su uso durante el tratamiento de endodoncia, es el riesgo que se extruya a los tejidos periapicales y genere una reacción inflamatoria severa. El Cat Dex es un potente agente antimicrobiano para las bacterias patógenas que regularmente encontramos dentro de los conductos y con la ventaja que no resulta ser citotóxico ya que ha sido empleado anteriormente contra células tumorales.

Influencia de la ceniza del bagazo de tequila, ceniza volante y residuo nanosílice geotérmica sobre las propiedades y microestructura de cementos compuestos

En la presente investigación se estudiaron los efectos que propicia la incorporación del nanosílice geotérmica con distintas concentraciones de cloruros totales y la temperatura sobre las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y de durabilidad, en morteros y concretos elaborados a base de cemento portland. Para ello, se evaluó en varillas embebidas en morteros, el potencial de corrosión, velocidad de corrosión, así como las pérdidas de masa asociadas a los ensayos electroquímicos y por métodos gravimétricos; además, la resistividad, la porosidad total, el pH, la pérdida de agua evaporable, la variación de la longitud (% de expansión/contracción) y la resistencia a la compresión. En concretos fue evaluada la resistencia a la compresión, el seguimiento microestructural y formación de productos de reacción con el tiempo de curado; además, en algunos de ellos se evaluó la profundidad y velocidad de carbonatación. Los resultados demostraron que el es viable el uso del residuo de nanosílice geotérmica bajo ciertas condiciones de curado como sustituto de cemento portland, obteniéndose un mejoramiento en las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y de durabilidad en comparación con las obtenidas en concretos de 100% de cemento portland. Se observó un incremento del 22% en la resistencia a la compresión en las muestras que contenían nanosílice geotérmica sin cloruros en comparación de los concretos elaborados con 100% de cemento. Además, los concretos adicionados con 10% de nanosílice geotérmica resultaron ser más resistentes al paso del CO2. También, los morteros reforzados que fueron adicionados hasta un 20% con nanosílice geotérmica presentaron una menor probabilidad de corrosión. Lo anterior es atribuido al alto carácter puzolánico que posee la nanosílice geotérmica, lo cual fue monitoreado mediante difracción de rayos X, observando una disminución notable en el hidróxido de calcio. Se observó también una densificación de la matriz en los concretos con adiciones de nanosílice geotérmica sin cloruros. Sin embargo, el curado a altas temperaturas y la adición de cloruros repercutieron negativamente en los procesos de hidratación de los morteros y concretos, desencadenando fenómenos agresivos que disminuyeron su durabilidad, ya que fueron observados altos niveles de corrosión en varillas de refuerzo así como la formación de fases dañinas, como gel de reacción alcali sílice y formación tardía de etringita. A pesar de ello, los resultados obtenidos hacen ver a la nanosílice geotérmica como un material potencialmente apto para su uso en la elaboración de morteros y concretos cuya implementación a nivel industrial contribuirá de manera positiva en la mitigación de las emisiones de CO2 a la atmósfera, así como en la reducción del impacto ambiental que éste genera en las zonas que es desechado.