Adecuación de catalizadores zeolíticos para su aplicación en síntesis de productos químicos finos y catálisis ambiental

La catálisis es la ciencia estratégica por excelencia ya que de ella depende todo el desarrollo de la industria. Si se analiza toda la química y la petroquímica en el mundo se verá que el impacto de ésta alcanza al 50 % en ahorro de material, energía y disminución de sustancias peligrosas para el ambiente. En catálisis heterogénea se emplean materiales sólidos o productos químicos sólidos que poseen un elevado valor de mercado en función de su especificidad. La preparación de dichos materiales involucra principalmente la química del estado sólido y fenómenos de adhesión, gas-sólido y líquido-sólido. Asimismo, presentan una textura complicada y un área superficial bien desarrollada cuya manufactura implica la química coloidal y varios fenómenos de interfase relacionados con la adición, difusión y procesos de movilidad en los sólidos o en sus superficies. Algunos científicos consideran que hacer un catalizador, además de ser una ciencia, es un arte. En este sentido, preparar catalizadores con elevada actividad, selectividad y prolongada vida útil, requiere incrementar el conocimiento de las bases científicas para el desarrollo de diferentes métodos de preparación así como también atender a la actividad inherente a sus componentes (composición química), la estructura física del catalizador, la resistencia mecánica (estabilidad) y las condiciones operativas de la reacción. En función de lo antedicho, cabe señalar que los objetivos de esta investigación son: adecuar y modificar catalizadores zeolíticos selectores de forma según la necesidad del proceso a encarar; y aplicarlos a reacciones de síntesis de productos químicos finos y especialidades, y a procesos catalíticos que involucren el mejoramiento de la calidad del medio ambiente. Para la realización de este plan de trabajo se estudiará el efecto de las condiciones de intercambio en el desarrollo de catalizadores con funciones activas del tipo protónico, amonio, Zn, Ga, Mn, Ni, PB, Mo, Cu, W. También, se tendrá en cuenta su caracterización fisicoquímica y aplicación en reacciones de química fina y catálisis ambiental, tales como: sustitución de aromática electrofílica de anilina con metanol; transalquilación de naftaleno con mesitileno; oxidación de 2 metil naftaleno hacia 2 metil 1,4 naftoquinona (vitamina K3); transformación de residuos plásticos (polietileno, polipropileno y copolimero etileno-polipropileno) en hidrocarburos aromáticos; relación naturaleza sitio activo y actividad catalítica.

Química de organometálicos de transición

En nuestro estudio de las propiedades catalíticas de los metales de transición de la serie 3d, bajo la forma de metales puros, de sus haluros o de compuestos de coordinación continuaremos trabajando sobre tres temas: Tema 1: Estudio del mecanismo de la adición oxidativa del enlace carbono-halógeno al metal: síntesis de compuestos del tipo MX2PR2, donde M=Fe o Al; X=Cl y R= alquilo o arilo. Deshidrohalogenación de 1, 2-dihaloalcanos con MX2PR2 como catalizadores. Análisis espectroscópico para la detección de intermediarios de reacción. Tema 2: Síntesis de compuestos de coordinación de ligandos orgánicos sencillos a haluros de metales de transición de la serie 3d. Estudio de la capacidad catalítica de los mismos en distintos tipos de reacciones orgánicas: halogenación de anillos aromáticos; epoxidación y fotooxidación alítica de olefinas; oxidación de alcanos. Tema 3: Los conocimientos adquiridos en el desarrollo de los temas 1 y 2 se emplearán en el diseño de catalizadores y estudio de condiciones de reacción aplicables a procesos en mayor escala: síntesis de cloruro de vinilo y descomposición catalítica de pesticidas y residuos clorados.

Transformaciones catalíticas de Terpenos (Cineol, Limoneno) en productos de mayor valor agregado

Hoy en día son muchos los procesos industriales utilizan tamices moleculares, y el desarrollo de nuevos procesos está indisolublemente relacionado con la obtención de estos materiales. Así tenemos la síntesis de nuevas estructuras de zeolitas y materiales zeolitoides, en desarrollo de las PILCs, etc. que han ido encontrando espacio en diferentes procesos tecnológicos debido a las ventajas que presentan los materiales utilizados tradicionalmente. (...) En nuestro país existen gran cantidad de recursos naturales, tanto de origen mineral como vegetal. Dentro de los de origen vegetal, abundantes en varias regiones del país, se encuentran los terpenos y entre ellos presentan especial interés el cineol, el limoneno y el pineno, los cuales pueden ser utilizados como materias primas para la obtención de productos de mayor valor agregado, esto es productos químicos finos e intermediarios, confluyendo la catálisis y la química orgánica para desarrollar procesos más eficientes que los convencionales. Por otra parte, entre los recursos naturales minerales existen reservas de zeolitas y bentonitas que pueden ser utilizados como cribas moleculares, tanto como catalizadores así como adsorbentes y sus propiedades pueden ser mejoradas por diferentes tratamientos. (...) Por último, se pretende la obtención de materiales microporosos mediante la síntesis, con el empleo de reactivos producidos en nuestro país. (...) En forma general el proyecto consta de los siguientes objetivos: 1. Obtención y caracterización de materiales microporosos (naturales y sintéticos) para ser utilizados como catalizadores en los procesos de: a) Oxidación de a-Pineno e isomerización a alcanforaldehido; b) Oxidación de Limoneno e isomerización a carbenona; c) Isomerización del Cineol. 2. Determinación y ajuste de las condiciones utilizadas en la síntesis de zeolita etanol-MFI. Caracterización por Si-MAS-RMN y Al-MAS-RMN, difracción de Rayos X y determinación de la población y características de los sitios ácidos por adsorción de piridina por FT-IR. Relación con su actividad catalítica en las reacciones mencionadas anteriormente y alquilación de fenol.

Zeolitas selectoras: Adecuada modificación y aplicación en procesos catalíticos de interés para la industria química pesada, químicos finos y catálisis ambiental

Objetivo General: Desarrollo de sistemas catalíticos (catalizador-tipo de reactor-condiciones operativas, simulación del proceso molecular y microscópico) de interés para la industria química y especialidades. Objetivos Parciales: Objetivo 1: Preparación de catalizadores. Objetivo 2: Simulación y predicción de estructura y actividad catalítica. Objetivo 3: Corroboración por métodos instrumentales y catalíticos. Objetivo 4: Ingeniería de las reacciones catalíticas que se desarrollan dentro de la "mas pequeña planta química conocida" confinada en el interior de los catalizadores (5.5 Å x 5.6 Å x 1.5µm). Objetivo 5: Ingeniería de los procesos catalíticos, por aplicación de métodos de cálculo por computadora. Objetivo 6: Formulación del sistema catalítico adecuado. Objetivo 7: Construcción de un sistema catalítico a escala laboratorio multipropósito. Objetivo 8: Especialización de los recursos humanos en cada tarea especificada. Objetivo 9: Divulgación y transferencia de los resultados. Objetivo 10: Complementación con investigadores de otros organismos nacionales o internacionales.

Transformación de terpenos (a-pineno) por procesos de catálisis heterogénea tendientes a la obtención de derivados con posible actividad biológica

La situación de la pequeña industria química nacional (...) a pesar de contar con una importante capacidad en cuanto a instalaciones y mano de obra especializada, le resulta extremadamente difícil encontrar nichos de producción. Una reactivación del sector podría encontrarse en la producción de Productos Químicos Finos de alto valor agregado y cuyo volumen de producción puede lograrse con pequeñas plantas multifuncionales que no resultan de interés para las grandes industrias químicas. Entre estos productos químicos finos incluyen los derivados de productos naturales, entre ellos los Terpenos obtenibles de especies vegetales muy difundidas en nuestro país. Entre los derivados de terpenos pueden mencionarse productos utilizados por las industrias farmacéutica, de cosméticos y alimenticias. (...) Objetivos generales y específicos El substrato a utilizar es el a-pineno, muy abundante en especies de pinos y citrus. El a-pineno será sometido a transformaciones químicas en las cuales se hará una amplia aplicación de la catálisis heterogénea en reemplazo de los procesos clásicos de síntesis orgánica. (...) Atendiendo a las ventajas que desde el punto de vista operativo reporta el uso de catalizadores heterogéneos, en la medida de lo posible, se intentará un amplio uso de este tipo de catálisis. El doble enlace cíclico del a-pineno puede ser oxidado catalíticamente al epóxido correspondiente y luego isomerizado a canforeno aldehido. La oxidación también puede conducirse de manera tal de producir verbenol y verbenona cuyas estructuras contienen restos de alcohol crotílico y crotonaldehido, que por sus reactividades permiten realizar un numeroso conjunto de reacciones a partir de las cuales se derivan productos de aplicación en las industrias farmacéuticas y de perfumería. También sobre el doble enlace endocíclico es posible realizar una reacción de ciclopropanación que conduce a la producción de derivados con estructura similar a las piretrinas, con probable actividad insecticida.

Reacciones catalíticas para Química Fina

El proyecto está dirigido a proporcionar métodos catalíticos para la preparación de productos de Química Fina, ya sea como producto final o intermediarios, principalmente dentro del campo de la fabricación de esencias, saborizantes y productos farmacológicos. Todo este proyecto tiene por finalidad la obtención de datos que permitan en otro desarrollo, el escalado a mayor producción no solamente de proceso (productos) sino en el caso de obtenerse un catalizador sólido, deberá proveerse la técnica de preparación del mismo, para cumplir con requerimientos habituales de las industrias, especialmente Pymes. (...) Otro tipo de proceso está representado por la síntesis vía catálisis heterogénea de ésteres del tipo del acetato de amilo y similares de uso, según su calidad como saborizante y en la industria de la perfumería. En este caso la catálisis involucrada es de tipo ácido. El objetivo general de este proyecto consiste en el desarrollo y síntesis de catalizadores heterogéneos para ser utilizado en reacciones seleccionadas de química fina, estudio de dichas reacciones y escalado de las mismas. Este objetivo general puede ser desglosado en cuatro partes u objetivos específicos: a) Optimización del sistema de reacción para síntesis de catalizadores básicos como: * Arcillas aniónicas; * Óxidos metálicos simples y mixtos; * Metales alcalinos y soportados; * Asbestos, carbones y resinas aniónicas. b) Caracterización de los catalizadores utilizando FTIR, Área superficial, Volumen de poros, Distribución y Capacidad de adsorción de moléculas sonda. c) Empleo de los catalizadores desarrollados y caracterizados en procesos de Química Fina.

Transformacion de Productos Regionales mediante procesos catalíticos. Transformation of Regional products by catalytic processes.

En este proyecto se plantea la posibilidad de aumentar el valor agregado de compuestos abundantes en nuestro país (terpenos y glicerol) mediante reacciones de oxidación y transesterificación, reemplazando los procesos homogéneos existentes por procesos heterogéneos eco-compatibles. Para ello se desarrollarán catalizadores heterogéneos del tipo MCM-41 e hidroxidos de doble capa (HDC) que posean la función activa específica para estas reacciones bajo estudio.El limoneno, principal componente del aceite esencial de limón y los alfa- y beta- pinenos, presentes en el aceite de trementina, son materiales base ampliamente disponibles. Su oxifuncionalización catalítica, mediante reacciones de epoxidación u oxidación alilica, permite producir una gran variedad de productos como fragancias, agroquímicos, medicinas, etc. En tanto, se espera un marcado incremento en la disponibilidad de glicerol, subproducto de la producción de biodiesel. Mediante su transesterificación catalítica heterogénea es posible obtener selectivamente monoésteres, los cuales tienen importantes aplicaciones como emulsionantes o agentes de estabilización en la producción de fármacos, cosméticos y alimentos. El diseño y síntesis de los materiales catalíticos mencionados permitirá la obtención de productos químicos finos por métodos limpios con bajo impacto ambiental, atendiendo a los altos niveles de contaminación ambiental generados por los procesos homogéneos tradicionales.

Estudios de sistemas organizados con aplicaciones en nanoquímica, síntesis orgánica y en reactividad. Studies of organized systems with applications in nanochemistry, organic synthesis and reactivity.

El objetivo general de este proyecto es el estudio de distintos tipos de sistemas organizados, conocer los factores que determinan la forma de organización y las consecuencias que ésta tiene sobre la reactividad de moléculas que se encuentran en ese entorno organizado. Se pretende realizar, desde la fisicoquímica y la síntesis orgánica, aportes a áreas multidisciplinarias como la nanociencia y la nanotecnología. Se sintetizarán ciclodextrinas anfifílicas y se estudiará su comportamiento en solución y en interfases, sus propiedades de agregación y morfología. Se estudiará también la termodinámica de los procesos y la capacidad catalítica de estas ciclodextrinas anfifílicas en superficies bidimensionales en reacciones de hidrólisis de ésteres. Las ciclodextrinas anfifílicas sintetizadas en el laboratorio se utilizarán también en mezclas con otros surfactantes, con el objetivo de generar medios eficientes respecto a la solubilización y extracción de contaminantes orgánicos desde suelos. Se espera encontrar sistemas que presenten efectos sinérgicos. Se determinará el efecto de la formación de complejos con ciclodextrina sobre las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de pesticidas de amplio uso en agricultura, en particular de compuestos organofosforados. Se investigarán ciclodextrinas que permitan controlar la liberación del agroquímico y se realizarán estudios de la reactividad de los pesticidas en solución y en medios que simulen el suelo determinando si la inclusión en las ciclodextrinas modifica la velocidad de descomposición. En la búsqueda de nuevos sistemas microheterogéneos se sintetizarán surfactantes gémini con una cadena hidrocarbonada y una perfluorada y se determinarán sus propiedades. Luego de su caracterización, estos surfactantes se aplicarán en estudios de reactividad de compuestos insolubles en agua.Se estudiará la formación de complejos de ciclodextrina con metales de transición y los mismos se utilizarán como catalizadores en reacciones de oxidación de sulfuros y de alquenos en medios acuosos y no acuosos buscando condiciones donde se logre inducción quiral. Se sintetizarán compuestos azufrados polifuncionales con los cuales se modificarán superficies de nanopartículas por quimioadsorción de los mismos. Dado que se pretende obtener compuestos con propiedades específicas que dependen de su estructura, se llevará a cabo el modelado computacional de las distintas moléculas en estudio, ya que esto podría aportar datos relevantes acerca de qué modificaciones estructurales podrían intensificar la propiedad o propiedades buscadas. En una etapa posterior se correlacionarán las propiedades predichas a través de cálculos teóricos con las observadas experimentalmente, lo que intrínsecamente conlleva a un mayor conocimiento del sistema.Los estudios propuestos en este proyecto permitirán avanzar en la comprensión de los factores supramoleculares que controlan y modulan la interacción de ligandos con sus receptores en interfases y la ocurrencia de reacciones hidrolíticas en interfases autoorganizadas.

Aplicación de materiales zeolíticos en el reciclado químico de residuos plásticos

La utilización de los plásticos ha crecido dramáticamente durante los últimos 30 años y en forma paralela también se ha incrementado el volumen de desperdicios provenientes de los mismos. La distribución individual de los mismos en los residuos domiciliarios varía de acuerdo al origen socioeconómico de los grupos sociales, oscilando entre 39-47% de polietileno PE, 27-41% de polietilentereftalato PET, 5-12% de poliestireno PS, 10-15% de polipropileno PP, entre otros; ocupando entre 9-12% de los desperdicios en rellenos sanitarios (expresado en porcentajes en peso). Para el aprovechamiento de los residuos plásticos existen diferentes opciones, de las cuales el reciclado químico aparece como la alternativa más prometedora tanto ambiental como económica. Dentro del reciclado químico de los desechos plásticos, se encuentra el craqueo catalítico, que es un proceso a partir del cual se pueden obtener hidrocarburos líquidos y gaseosos de gran valor agregado, a partir de la adición de catalizadores, lo cual mejora la tecnología puramente térmica, ya que el espectro en la distribución de productos es mucho más reducido, permitiendo alcanzar mayor selectividad hacia ciertos productos en función de las características del catalizador utilizado, reduciendo los tiempos de reacción y las temperaturas del proceso a 350-550°C. En la presente investigación se propone la síntesis de materiales catalíticos a medida con base en materiales microporosos (Zeolitas), para la transformación de residuos plásticos en hidrocarburos de interés para la industria petroquímica o combustibles. Los materiales catalíticos (del tipo ZSM-11, BETA) se prepararán por técnicas hidrotérmicas, a los cuales se les incorporarán funciones activas (H, Zn, Co, Cr, Ni, Mn) empleando tratamientos químicos y térmicos. Se caracterizarán mediante el empleo de diversas técnicas fisicoquímicas, tales como Difracción de rayos X, Absorción Atómica, Análisis Térmicos, Espectroscopía Infrarrojo con transformada de Fourier, BET, Microscopía de barrido electrónico con microsonda y Mediciones de propiedades magnéticas ( a temperatura ambiente con variación de campo y a campo constante con variación de temperatura). Finalmente estos materiales se emplearán en la transformación de residuos plásticos (PEBD, PEAD y mezclas de los mismos) a hidrocarburos aromáticos y cortes de combustibles. Se estudiará de las influencia de condiciones operativas (reactor de lecho fijo a presión atmosférica, temperaturas de reacción, tiempos de reacción, relación polímero/catalizador, etc.), a los fines de optimizar el sistema catalítico. Aquellos catalizadores que presenten mejor comportamiento para el proceso, serán evaluados a bajos tiempos de contacto en un reactor discontinuo de lecho fluidizado, denominado Simulador de Riser.

Aplicación de materiales zeolíticos en el reciclado químico de residuos plásticos

La utilización de los plásticos ha crecido dramáticamente durante los últimos 30 años y en forma paralela también se ha incrementado el volumen de desperdicios provenientes de los mismos. La distribución individual de los mismos en los residuos domiciliarios varía de acuerdo al origen socioeconómico de los grupos sociales, oscilando entre 39-47% de polietileno PE, 27-41% de polietilentereftalato PET, 5-12% de poliestireno PS, 10-15% de polipropileno PP, entre otros; ocupando entre 9-12% de los desperdicios en rellenos sanitarios (expresado en porcentajes en peso). Para el aprovechamiento de los residuos plásticos existen diferentes opciones, de las cuales el reciclado químico aparece como la alternativa más prometedora tanto ambiental como económica. Dentro del reciclado químico de los desechos plásticos, se encuentra el craqueo catalítico, que es un proceso a partir del cual se pueden obtener hidrocarburos líquidos y gaseosos de gran valor agregado, a partir de la adición de catalizadores, lo cual mejora la tecnología puramente térmica, ya que el espectro en la distribución de productos es mucho más reducido, permitiendo alcanzar mayor selectividad hacia ciertos productos en función de las características del catalizador utilizado, reduciendo los tiempos de reacción y las temperaturas del proceso a 350-550°C. En la presente investigación se propone la síntesis de materiales catalíticos a medida con base en materiales microporosos (Zeolitas), para la transformación de residuos plásticos en hidrocarburos de interés para la industria petroquímica o combustibles. Los materiales catalíticos (del tipo ZSM-11, BETA) se prepararán por técnicas hidrotérmicas, a los cuales se les incorporarán funciones activas (H, Zn, Co, Cr, Ni, Mn) empleando tratamientos químicos y térmicos. Se caracterizarán mediante el empleo de diversas técnicas fisicoquímicas, tales como Difracción de rayos X, Absorción Atómica, Análisis Térmicos, Espectroscopía Infrarrojo con transformada de Fourier, BET, Microscopía de barrido electrónico con microsonda y Mediciones de propiedades magnéticas ( a temperatura ambiente con variación de campo y a campo constante con variación de temperatura). Finalmente estos materiales se emplearán en la transformación de residuos plásticos (PEBD, PEAD y mezclas de los mismos) a hidrocarburos aromáticos y cortes de combustibles. Se estudiará de las influencia de condiciones operativas (reactor de lecho fijo a presión atmosférica, temperaturas de reacción, tiempos de reacción, relación polímero/catalizador, etc.), a los fines de optimizar el sistema catalítico. Aquellos catalizadores que presenten mejor comportamiento para el proceso, serán evaluados a bajos tiempos de contacto en un reactor discontinuo de lecho fluidizado, denominado Simulador de Riser.

Aproximación al diseño de sistemas de bio-reactores para la delignificación de materiales lignocelulósicos y para la decontaminación de suelos y efluentes. Approximation to the design of bio-reactors systems for the delignificación of lignocellulosic materials and for the decontamination of soil and effluents

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS: Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes(por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas). The lignocellulosic raw materials of the agroindustrial activities can be taken advantage as source of lignin, hemicellulose and cellulose. The chemical treatment of this material is not easy because the above mentioned material is recalcitrant enough to such an assault, due to the presence of the lignin. This can be achieved also using the white-rot fungi of the wood. It produces extracellular ligninolitic enzymes, fundamentally Laccase, which oxidizes the lignin to CO2. The enzyme has application in such processes as in the delignification of lignocellulosic materials and in the biobleaching of fibers for paper industry, in the treatment of waste water of industrial plants, in the discoloration in textile industries, in the improvement of food for ruminants, in the detoxification of polutants and in bioremediation of contaminated soils. HYPOTHESIS: The white-rot fungi produce different types of enzymes, being the laccases the most adapted to explore them as catalysts in the following processes:  Delignification of residues of the forest industry in order to take advantage of such waste in the animal feed.  Decontamination of soils and / or waste waters. The studies will be conducted for the design of bio reactors that allow to answer to both questions raised in the hypothesis. For the delignification process of lignocellulosic material they propose two strategies: 1- to treat the material with the fungi 2-to use the partially purified enzyme to oxidize the polyphenolic compounds. For the soil and/or waste water decontamination process, we have: 3- Is know that the enzyme protects to the soil of the accumulation of organic dangerous compounds catalyzing reactions that involve degradation, polymerization and incorporation to complexes of the humic acid. There will be use soils incorporated into different pollutants. 4- We will work with waste waters (alpechins or the green olive debittering effluents.

APROXIMACIÓN AL DISEÑO DE SISTEMAS DE BIO-REACTORES PARA LA DELIGNIFICACIÓN DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS Y PARA LA DECONTAMINACIÓN DE SUELOS Y EFLUENTES

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes( por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas).

Síntesis y caracterización de Materiales Nanoscópicos y Nano-especies activas y sus aplicaciones en Energía y Medio Ambiente

Se estudiara la síntesis, caracterización y aplicación de Materiales Nanoscópicos (Nanoestructurados, MN y Nanocomposites, NC), con propiedades definidas en el campo de la Energía, Medio Ambiente y Bioingeniería, especialmente las MCM y SBA ( MCM-41 y MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-15 y SBA-16, Silíceas o Al/Ga/Ti como Heteroátomo, y la Al-SBA-3, recientemente desarrollada por nosotros, primera publicación a nivel mundial). Se pondrá énfasis en el diseño, preparación y caracterización de sus réplicas con C (CMK-1 y CMK-3). Determinación y optimización de las estrategias de síntesis de MN y NC y Nano especies Activas en nuevos catalizadores (Ir/ TiO2, Pt/Pd etc.), cuyas propiedades fundamentales (estructurales, electrónicas, conductividad, actividad catalítica, etc.) sean aplicables en los Campos Citados. Comprensión de los parámetros que definen dichas propiedades, relación estructura/actividad, rediseño y aplicaciones de MN y NC en dos procesos específicos (de los cuales ya hemos publicado resultados): Energía y Medioambiente: 1) Almacenamiento de H2, Adsorción/Absorción de H2 en los MN Silíceos y Carbonosos y NC y Desarrollo de NC híbridos formados por reservorios en base a los MN por oclusión de nano-alambres moleculares de polímeros orgánicos, modificando las propiedades de conductividad / semiconductividad y adsorción de H2; 2) Estudio de las reacciones de hidrotratamiento catalítico (HDT), que comprende la hidrogenación, la hidrodesulfurizacion (HDS) y la hidrodenitrogenacion (HDN) de compuestos refractarios presentes en los cortes de combustibles. La determinación del mecanismo de las reacciones de HDS y HDN.