Catálogo de publicaciones

Se aborda el estudio de las propiedades de transporte iónico en electrolitos sólidos microestructurados. Inicialmente se presentan experimentos que permiten observar de manera preliminar y cualitativa el efecto de los cambios de la cristalinidad y concentración de litio sobre la conductividad iónica en polímeros semicristalinos. En el aspecto teórico, el trabajo de correlacionar las propiedades de transporte macroscópicas con la microestructura subyacente en electrolitos sólidos es una tarea complejaque generalmente requiere resolver un sistema de ecuaciones de electrodifusión no lineales, acopladas, con coeficientes variables. Se considera el transporte de múltiples especies iónicas por difusión y migración a través de electrolitos sólidos microestructurados en presencia de fuertes campos eléctricos. Se asumen relaciones constitutivas derivadas de potenciales de disipación y energía convexos que garantizan la consistencia termodinámica del sistema. La respuesta efectiva es determinada a partir de un análisis de convergencia multi-escala de las ecuaciones de campo correspondientes. La respuesta efectiva homogenizada involucra varios tensores efectivos pero todos ellos requieren la solución de sólo un problema de conductividad estándar sobre el elemento de volumen representativo. Se deriva, a modo de ejemplo, un modelo multiescala de un electrolito polimérico semicristalino con morfología esferulítica, aplicando la teoría desarrollada a una clase específica de microgeometrías bidimensionales para las cuales la respuesta efectiva puede ser calculada de manera exacta. Se deriva también un modelo más general en el que se considera una dispersión aleatoria de partículas y sus interfaces con el medio. En ambos casos se obtienen expresiones explícitas para los parámetros materiales efectivos. Dichos modelos son utilizados para explorar el efecto de la cristalinidad y el contenido de partículas sobre la respuesta efectiva. Las predicciones son consistentes con resultados experimentales recientes en sistemas de óxido de polietileno (PEO) dopado que sugieren que la fase cristalina y anisótropa, a lo largo de ciertas direcciones, podría presentar mejores propiedades de transporte iónicas que la fase amorfa, debido a la morfología de las cadenas poliméricas. Los resultados además son consistentes con observaciones que indican que la inclusión de partículas cerámicas mejora la conductividad y el número de transporte iónico a causa de los efectos de interface. En el caso de sistemas materiales no lineales la respuesta efectiva fue deducida de manera heurística a partir de un análisis de convergencia multi-escala de las ecuaciones de campo correspondientes. La respuesta efectiva homogenizada involucra un potencial efectivo por especie. Cada potencial es matemáticamente afín al de un conductor estándar no lineal. Una técnica de homogenización lineal de comparación es utilizada para generar las estimaciones de dichos potenciales no lineales en términos de las estimaciones disponibles correspondientes a los conductores lineales. A manera de ejemplo, se hace uso de las aproximaciones lineales de Maxwell-Garnet y del Medio Efectivo para generar estimaciones para sistemas bifásicos con disipaciones del tipo ley de la potencia. Fórmulas explícitas son presentadas para algunos casos límite. En el caso de respuestas del tipo umbral, las estimaciones presentan límites diluidos no analíticos y serían consistentes con campos localizados en caminos de mínima energía.

En este trabajo se investigó la influencia de los distintos modos de transporte iónico (difusión, migración y convección) sobre el crecimiento y la morfología de depósitos metálicos ramificados. El estudio experimental se realizó principalmente por observación videomicroscópica, empleando análisis de imágenes combinado con distintas técnicas, como Schlieren y trazado por partículas, para revelar los gradientes de concentración y los movimientos convectivos. Los experimentos se realizaron galvanostáticamente en celdas planas de pequeño espesor. Se emplearon diversas condiciones experimentales tratando de establecer separadamente la influencia de los modos de transporte más importantes, que son la migración, la convección causada por gradientes de densidad (gravitoconvección) y la causada por el campo eléctrico (electroconvección). Dichas condiciones incluyen cambios de viscosidad, modificación del espesor de la celda y variaciones de concentración del electrolito y de la corriente aplicada. Para analizar los cambios morfológicos se contabilizó el número de ramas y se realizó la medición del área aparente del depósito en las imágenes de video. Los resultados muestran una interrelación compleja entre los modos de transporte, y en general no es posible separar completamente el efecto de cada uno de ellos. Se observa que la migración causa depósitos más uniformes, con ramas muy próximas que crecen a la misma velocidad, mientras que la convecciónprovoca depósitos más desordenados, donde algunas ramas crecen rápidamente consumiendo la solución y provocando la detención de las demás. En estos casos, la presencia de altos campos eléctricos causa depósitos con mayor ramificación; sin embargo, no es posible separar claramente la migración de la electroconvección. En el análisis teórico se aplico un modelo macroscópico general considerando todos los modos de transporte mencionados: las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, la ecuación de Poisson para el potencial eléctrico y las ecuaciones de Navier-Stockes para el fluido. El análisis dimensional muestra que los números adimensionales de Migración, Poisson y Grashof son relevantes en el estudio del modo de transporte dominante. Se encontró que las predicciones del modelopropuesto concuerdan con los resultados experimentales. Por otra parte, se estudió la formación de contactos entre discos metálicos a través del crecimiento de depósitos en condiciones de electroquímica bipolar. Se investigó experimentalmente la influencia de distintos factores sobre el tiempo de formación y la morfología del contacto. Se encontró que en el período previo al comienzo del depósito el transporte es dominado por la migración, y durante el crecimiento aumenta la influencia de la convección. Asimismo, se estudió mediante simulaciones numéricas la distorsión del campo eléctrico y su efecto sobre el depósito. La influencia del transporte es similar al caso monopolar, aunque la migración tiene aquí un efecto más importante sobre el proceso. Se emplearon también campos eléctricos pulsados, hallándose que se modifica la morfología del depósito, resultando másfino y menos ramificado a altas frecuencias.

A nivel mundial la disponibilidad de recursos hídricos constituye un tema de gran preocupación. En la Tierra solo el 2.53% del total de agua corresponde a agua dulce y se estima que solo el 15% del total de aguas residuales de América Latina recibe tratamiento. En Argentina la principal fuente de recursos hídricos son las aguas superficiales que representan un 80% del total de disponibilidad de agua; dentro de ellas se destaca la Cuenca del Plata que representa un 34% de la superficie total del país y un 83% del agua dulce de escurrimiento; sobre la misma se asienta un 70% de la población del país. En la franja costera de la provincia de Buenos Aires desde Buenos Aires a La Plata (80 km de costa) se asienta un tercio de la población de Argentina y se concentra la mayor actividad industrial del país, generando un fuerte impacto ambiental sobre el Río de La Plata. Se ha informado la presencia de diferentes tipos de descargas directas y difusas sin previo tratamiento (efluentes cloacales, industriales, etc.) sobre éste río y sus numerosos afluentes. Esto afecta la calidad físico-química de sus aguas, comprometiendo la vida acuática y su calidad microbiológica. El Río Matanza-Riachuelo constituye uno de los cuerpos de agua más contaminados por fuentes domésticas e industriales en nuestro país. La cuenca Matanza-Riachuelo comprende una superficie aproximada de 2240 km², en su extensión de 60 km atraviesa la Ciudad de Buenos Aires, 8 partidos del Gran Buenos Aires y 5 partidos del resto de la provincia. Se estima que sobre la cuenca Matanza-Riachuelo se encuentran 15000 industrias, entre las cuales la industria química es la responsable de más de un tercio de la contaminación. Debido a la gran urbanización e industrialización, la cuenca recibe grandes aportes de contaminantes, siendo una de las 10 cuencas más contaminadas del mundo. La contaminación de recursos hídricos es un problema estrechamente relacionado a aguas residuales industriales. En Argentina el crecimiento de la actividad industrial y la falta de previsión sobre la construcción de plantas de tratamiento de efluentes, incrementó los problemas relacionados con los efluentes generados. Las industrias que generan efluentes líquidos con contenido de compuestos tóxicos son variadas, dentro de la cuenca se encuentran industrias petroleras, químicas y de galvanoplastía. Debido a su elevada toxicidad, son de principal interés aquellas industrias que contienen compuestos aromáticos en sus efluentes líquidos. Dentro de los compuestos aromáticos presentes en efluentes líquidos industriales, los compuestos fenólicos son considerados como contaminantes prioritarios por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). Debido al gran uso del fenol y sus derivados en muchas industrias, tanto en Argentina como en el resto del mundo los compuestos fenólicos están muy extendidos en el ambiente. Debido a que Argentina es el décimo productor de leche a nivel mundial y el sexto país exportador de productos lácteos, este sector industrial es un importante generador de efluentes líquidos. A diferencia de las aguas residuales con compuestos fenólicos, el principal problema de las aguas residuales del sector lácteo no está asociado a su toxicidad, sino al gran volumen generado. Las aguas residuales se generan durante la limpieza de tanques, pasteurizadores, bachas de cuajado, limpieza de superficies y servicios del personal. El volumen de agua residual vertida por la industria lechera se estima en 1-2 litros por litro de leche procesada. En el presente trabajo de Tesis se propone como objetivo general reducir problemas de contaminación ambiental a través del desarrollo y optimización de procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales industriales que contienen suero de queso (como modelo de agua residual de industria láctea) y compuestos fenólicos (como modelo de aguas residuales industriales con compuestos tóxicos).

Se sintetizan carbones activados a partir de un precursor lignocelulósico renovable, la especie herbácea Arundo donax l., mediante el proceso de activación química. Se emplean una solución de ácido H3PO4 como agente activante, condiciones moderadas de operación (500 °C, 0.5 h) y distintas atmósferas de activación (autogenerada, bajo flujo de aire, CO2 y N2, separadamente). Se explora sistemáticamente la incidencia de la atmósfera de activación sobre las características fisicoquímicas y texturales-morfológicas de los carbones activados resultantes y sobre su performance en la adsorción de algunos metales pesados y compuestos orgánicos volátiles representativos, a partir de soluciones acuosas diluidas empleadas como modelo de aguas con bajas concentraciones de estos contaminantes. La activación promueve transformaciones en el precursor, que conducen al desarrollo de las redes porosas que conforman los carbones activados y de la quimica de su superficie. La atmósfera de activación incide sobre las características químicas de los carbones activados. En particular, el contenido total de los grupos funcionales oxigenados ácidos/polarizables superficiales se incrementa conforme resultan más severas las condiciones oxidantes de la atmósfera de activación. En cambio, su influencia no resulta decisiva en el desarrollo de las matrices porosas; éstas se caracterizan por áreas específicas BET y volúmenes totales de poro similares (1100 m²/g y 1 cm³/g), y son predominantemente microporosas. El comportamiento de los carbones activados en la adsorción de las especies metálicas y orgánicas depende de la atmósfera de activación empleada. Las funcionalidades oxigenadas ácidas/polarizables parecen ejercer una influencia predominante sobre la adsorción de las especies metálicas, que resulta favorecida al usar los carbones con mayor contenido total de las mismas. Las muestras obtenidas bajo flujo de aire presentan, en condiciones de equilibrio pre-establecidas, la mayor eficiencia en la remoción de las especies metálicas a partir de soluciones diluidas monosoluto, incluso superior a la de un carbón comercial empleado como referencia. En oposición, la capacidad de los carbones activados de adsorber los compuestos orgánicos se incrementa al disminuir el contenido total de grupos ácidos/polarizables. Para estos compuestos, los carbones sintetizados bajo flujo de N2 resultan los más efectivos. La cinética de adsorción de las especies metálicas y orgánicas, para las muestras que presentan la mejor performance, se describe satisfactoriamente mediante una expresión cinética de pseudo - segundo orden, mientras que las isotermas de adsorción se representan en forma adecuada y similarmediante modelos convencionales de dos y tres parámetros. Se determinan efectos de adsorción competitivos y diferencias en la selectividad al evaluar la performance de las mismas muestras empleando soluciones bi y trisoluto. Además, los carbones saturados con las especies metálicas y orgánicas resultan regenerables mediante tratamientos químico y/o térmico, respectivamente, conservando prácticamente inalterada su capacidad adsortiva original. En forma complementaria, se investiga la potencialidad de algunos materiales lignocelulósicos como biosorbentes de bajas concentraciones de metales pesados en medio acuoso. Se determinan las curvas de dosaje y las isotermas de sorción de los materiales seleccionados y de muestras de lignina pura, empleadas con fines comparativos, a partir de soluciones diluidas modelo. La efectividad de las muestras lignocelulósicas depende del contenido de los biopolímeros constituyentes, encontrándose una tendencia creciente entre la máxima capacidad de sorción, evaluada a partir de las isotermas y su modelado, y el contenido de lignina presente en las mismas. Los materiales lignocelulósicos con altos contenidos de lignina resultan potencialmente aptos para su empleo como sorbentes alternativos de bajas concentraciones de especies metálicas a partir de aguas contaminadas.