Análisis de la aplicabilidad de la técnica de disco-menisco rotante en el estudio de reacciones de transferencia de carga con reacciones químicas acopladas

El electrodo de disco rotante es una de las técnicas más útiles y más ampliamente empleada en el estudio de la cinética de reacciones de electrodo. Sin embargo, la construcción de electrodos de disco rotante convencionales, que involucra la inclusión del material de electrodo de una vaina de material aislante, no siempre es posible o conveniente. Por ejemplo, cuando es necesario utilizar materiales monocristalinos, se presentan numerosas dificultades debidas principalmente a su extrema fragilidad. (...) Objetivos generales * Se intenta establecer la aplicabilidad de la técnica del electrodo de disco-menisco rotante en el estudio de la cinética de reacciones de transferencia de carga con reacciones químicas acopladas. En particular, se estudiarán los mecanismos de reacción que involucran procesos catalíticos y ECE (electroquímico-químico-electroquímico). Objetivos específicos * Determinar las desviaciones que produce la presencia del menisco de electrolito en las curvas experimentales de corriente límite vs. raíz cuadrada de la velocidad de rotación, para cada uno de los dos mecanismos mencionados a partir de la comparación de datos obtenidos para meniscos de diferentes alturas y sobre electrodos convencionales. * Simular la respuesta electroquímica introduciendo los términos de corrección adecuados para tener en cuenta las variaciones en las condiciones hidrodinámicas que introduce la modificación de la geometría del sistema. * Establecer la metodología apropiada para el tratamiento de los datos experimentales a fin de posibilitar la obtención de los parámetros cinéticos de las reacciones. El plan de trabajo que se propone permitirá profundizar la caracterización del comportamiento hidrodinámico del disco-menisco rotante, incrementando las posibilidades de la utilización de esta técnica que es sumamente adecuada para estudios sobre electrodos monocristalinos, siendo estos últimos la clave para dilucidar la influencia que la estructura superficial del electrodo tiene sobre la cinética y los mecanismos de reacciones de transferencia de carga de interés práctico, como el desprendimiento de hidrógeno y la reducción de oxígeno. Las ventajas asociadas a la omisión de la vaina de material aislante posibilitan, a su vez, que el uso del DMR pueda extenderse a otros tipos de sistemas en los cuales el uso de electrodos rotantes convencionales presenta dificultades.

Electroquímica de metales de transición; óxidos: propiedades, reacciones de transferencia de carga; electrodeposición, aspectos tecnológicos

Se estudiarán los procesos relacionados con la formación y crecimiento de películas de óxidos de metales válvula simples y modificados con materiales nobles. Por otra parte se investigará la cinética de reacciones de transferencia de carga electrónica de cuplas rédox en solución sobre óxidos de metales válvula simples, modificados y óxidos complejos del tipo perovskita. Se intentará estudiar además el comportamiento electroquímico de mezclas binarias de óxidos e hidróxidos de metales de transición con el objetivo de obtener buenos electrocatalizadores de las reacciones de electrogeneración y electrorreducción de oxígeno de interés en bacterias secundarias, celdas de combustión y electrólisis de agua. También se estudiarán los procesos de deposición metálica de cobre, plata, cromo y níquel con el objetivo de adquirir un amplio conocimiento tecnológico del comportamiento electroquímico de estos sistemas lo que permite modificar las condiciones experimentales para lograr mayor efectividad de los métodos y de los baños utilizados para el metalizado. Se utilizarán técnicas electroquímicas convencionales conjuntamente con medidas de impedancia y de elipsometría. Para mayor información sobre la estructura de bandas de los óxidos estudiados y la cinética de reacciones de transferencia de carga a través de los mismos, se usará la técnica de fotoelectroquímica convencional y modificada mediante un láser pulsado. También se emplearán técnicas superficiales como microscopía electrónica de barrido, de efecto túnel (STM), espectroscopía Auger y espectroscopía fotoelectrónica de Rayos X (XPS).

Estudios de erosión hídrica, dinámica del agua y prácticas de control en una cuenca de la región central de Córdoba

Los fenómenos de Erosión Hídrica e incremento de los volúmenes de escurrimiento se han agravado notablemente al haberse incrementado la superficie sembrada con soja, provocando graves perjuicios económicos en obras de infraestructura y localidades urbanas. Como un aporte para la planificación tanto predial como a nivel de cuenca y territorial se postula que: La captación y conservación de las aguas de lluvia, disminuyendo el escurrimiento superficial, disminuye la erosión y aumenta la disponibilidad de agua para los cultivos. La medición de caudales permite evaluar los métodos de cálculo del escurrimiento para la cuenca y poseer una herramienta para el correcto dimensionamiento de las obras de ingeniería hidráulica así como para la protección contra los excedentes hídricos. Para probar las hipótesis planteadas se propone: Evaluar los procesos hídricos y los aspectos fisiográficos de la cuenca en sus dimensiones espacial y temporal para la conformación de un banco de datos. Examinar las técnicas clásicas para la determinación de caudales de proyecto. Evaluar el impacto de los cambios en las prácticas de uso y manejo de suelo sobre la generación de excedentes hídricos. Cuantificar el fenómeno erosivo en tierras agrícolas. Probar la eficacia de algunas prácticas agrícolas en la disminución de la erosión hídrica, la captación de agua y el rendimiento de los cultivos. Demostrar los beneficios económicos del control de la erosión. Se busca demostrar la ventaja económica del control de la erosión para facilitar su aplicación por los productores y proveer a los profesionales e instituciones de herramientas adaptadas a la zona para el manejo de esta problemática.

Transporte de carga y espín en sistemas mesoscópicos

Se busca profundizar en el entendimiento del transporte cuántico prediciendo y observando efectos de interferencias temporales (ecos mesoscópicos) y espaciales. Estos conocimientos se aplican a la difusión de excitaciones, cuantificando así las interacciones que controlan la relajación. En el caso de espines, se desarrollan métodos de análisis que permiten una mejor cuantificación de las interacciones magnéticas. Se posibilita así la caracterización de moléculas y nanopartículas metálicas por RMN. En el caso de microdispositivos, el control de las excitaciones cuánticas nos permitió el diseño de un amplificador de ultra-sonido por emisión estimulada (SASER) que convierte las excitaciones electrónicas en ultrasonido. Objetivos En lo relativo al transporte de carga, se quiere optimizar los parámetros del dispositivo SASER (amplificador de ultra-sonido por emisión estimulada). Se estudiará la compatibilidad de las aproximaciones de transporte coherente y secuencial. Por otra parte se continuará con el estudio de las manifestaciones del confinamiento electrónico en una nanoestructura en el espectro de RMN de núcleos metálicos para lograr un mejor ajuste con los resultados experimentales. En lo relativo al transporte de magnetización, el objetivo teórico es encontrar las condiciones para la observación de ecos cuánticos así como otros fenómenos temporales en el transporte de espines en molécula, procurando extenderlos al transporte de carga en microdispositivos. Se desea evaluar la influencia de interacciones de muchas partículas y otras interacciones que rompen la coherencia de fase en la descripción dinámica de las excitaciones. En la parte experimental, se crecen monocristales de moléculas orgánicas susceptibles de presentar los ecos dinámicos estudiados en la parte teórica. (...) También deseamos explorar la difusión de magnetización mediante el análisis de Coherencias Cuánticas Múltiples. En síntesis, se espera mejorar la cuantificación e identificación de los ecos medidos en ferroceno y cimantreno, incorporando el efecto de las interacciones que rompen la coherencia de fase.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Análisis experimental y caracterización de pavimentos porosos y su respuesta hidrológica

El extenso uso de pavimentos impermeables trae consigo, sobre todo en áreas de un importante desarrollo urbano, considerables problemas en la evacuación de las aguas lluvias. El uso indiscriminado de estas estructuras en áreas urbanas, disminuye notoriamente la capacidad de recarga natural de agua en los terrenos, e incrementa de forma considerable el volumen y el caudal del escurrimiento superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones. Además, cuando el agua de las lluvias escurre, arrastra consigo materiales sólidos y contaminantes depositados en calles y estacionamientos. Una de las alternativas posibles para la remediación de esta problemática es el uso de pavimentos porosos. Lamentablemente, en nuestro país no se ha extendido la aplicación de estas tecnologías que conllevan importantes beneficios económicos y ambientales, entre los cuales pueden citarse la mejora en la calidad de los efluentes pluviales, la flora arbórea urbana más longeva y mejor desarrollada, la reducción del efecto de “isla térmica” en las grandes ciudades, la reducción notable de la contaminación acústica, el aumento de la seguridad vial, y reducción de costos, considerando integralmente el sistema vial y el sistema de drenaje pluvial. Los beneficios ambientales descriptos justifican plenamente su amplio uso en los países desarrollados. Como objetivo principal se plantea caracterizar experimentalmente el comportamiento hidrológico-ambiental de pavimentos porosos que puedan ser fabricados con materiales y tecnología local, e inferir los posibles beneficios que su uso pudiera acarrear en el medio ambiente. Como metodología se propone el estudio teórico-experimental, desde la tecnología de los materiales, en el diseño y conocimiento de las propiedades en estado fresco y endurecido y en la durabilidad de hormigones porosos elaborados con materiales locales. Para la caracterización hidrológica se fabricarán parcelas de pavimento poroso, las cuales serán ensayadas mediante el uso de un microsimulador de lluvia, midiendo la intensidad de lluvia generada y el escurrimiento superficial resultante. Estos experimentos podrán repetirse para distintas intensidades de lluvia generada, la cual puede graduarse en el rango de 65 a 120 mm/h. A partir de los datos recopilados, podrán ajustarse parámetros hidrológicos que permitan describir el comportamiento de estas superficies, en comparación con la situación natural y la actual (pavimentos impermeables). Se ajustarán modelos de infiltración que permitan extrapolar en forma hipotética la situación a escalas mayores, y cuantificar preliminarmente los beneficios hidrológico-ambientales que produciría este tipo de tratamiento superficial en el ambiente urbano. Como resultados de este proyecto se espera obtener: una verificación de las posibilidades de los materiales locales, brindando bases evolucionadas para su empleo en la construcción; una metodología para caracterizar en forma preliminar la capacidad de infiltración de muestras reducidas de pavimento poroso; un sensor electrónico para automatizar las mediciones del microsimulador de lluvia; una metodología para caracterizar experimentalmente la capacidad de infiltración de los pavimentos porosos propuestos, basada en el uso del simulador de lluvia disponible en el Laboratorio de Hidráulica; un conjunto de resultados experimentales que posibiliten analizar el comportamiento hidrológico-ambiental de estas superficies; un conjunto de parámetros que permitan cuantificar la respuesta hidrológica de estos pavimentos y una estimación preliminar de los hipotéticos beneficios asociados al uso de estas tecnologías. Se considera que el Proyecto puede servir como puntapié inicial para el análisis de viabilidad, a nivel local, del uso de tecnologías de pavimentación novedosas en el país, pero con varias décadas de experiencia a nivel internacional. Los beneficios medioambientales asociados a los pavimentos porosos, justifican plenamente su investigación a nivel local.

Modelación hidrológica de cuencas y del impacto producido por los incendios en la zona serrana de la provincia de Córdoba.

En la zona central semiárida del país en general, y en particular en las sierras de Córdoba, resulta de vital importancia conocer el comportamiento de los caudales tanto en épocas de crecidas como en períodos de estiaje. Por otra parte, los incendios en la cobertura vegetal pueden considerarse como un factor de disturbio debido al fuerte impacto que ejercen sobre los componentes del sistema. En los últimos años esta problemática se ha convertido un escenario recurrente en el medio local. En este sentido, la modelación matemática hidrológica constituye una herramienta para la caracterización de los recursos hídricos, en crecidas y estiajes, y permite la evaluación objetiva de los cambios producidos en las respuestas del sistema ante distintos impactos. Se considera como objetivo principal la caracterización de los caudales en la zona serrana de la provincia, y la modelación numérica del impacto producido por los incendios en caudales de estiajes, de crecidas y en los procesos de erosión superficial. Para ello se plantean tres lineas de trabajo: •Desarrollo de un modelo hidrológico conceptual, distribuido, integrado (superficial y subterráneo) y continuo especialmente orientado a representar el comportamiento hidrológico de las cuencas de pequeña y mediana escala. •Implementación de un modelo hidrológico distribuido acoplado a un modelo de calidad de aguas y de producción de sedimentos, antes y después de la ocurrencia de un incendio hipotético. •Implementación de un modelo hidrológico continuo, desarrollado en el ámbito del Laboratorio de hidráulica, simulando el impacto de los incendios en el hidrograma de caudales diarios, en particular sobre los caudales de estiaje. Se espera obtener un software que permita la caracterización de los caudales en estiajes y en crecidas y considere integradamente los flujos superficiales y subterráneos. Se pretende evaluar objetivamente el impacto de los incendios en caudales de crecidas, en la producción de sedimentos y erosión superficial que ellos producen. Comparando la respuesta del hidrograma y el sedimentograma resultante a la distribución de las áreas incendiadas y generando mapas de riesgos en función de estos resultados para la cuenca de aplicación. También se espera adaptar el modelo continuo al caso de estudio seleccionado, y desarrollar una metodología para el ajuste de parámetros hidrológicos en base a la ocurrencia de incendios que pueda ser aplicada a las condiciones locales. Implementar dicho modelo e inferir el cambio en la recurrencia de los caudales extremos de estiaje. Resulta atractivo contar con una herramienta de desarrollo local adaptada a las condiciones hidrológicas de la región, dada la escasez relativa del recurso y su importancia estratégica en el desarrollo futuro. Además se considera que éste constituye un primer intento de modelar numéricamente el impacto producido por los incendios en la provincia de Córdoba. En el ámbito de este proyecto se realizarán tres tesis de maestría.