Diseño y evaluación de catalizadores AL:ca para la producción de biodiésel y la remoción de fosfatos con perspectiva de economía circular.

Camacho Valencia, Fernando

dc.contributor.author	Camacho Valencia, Fernando
dc.date.accessioned	2025-11-11T14:42:39Z
dc.date.available	2025-11-11T14:42:39Z
dc.date.issued	2025-10-07
dc.identifier.govdoc	MQUI .16467 2025
dc.identifier.other	ATD1263
dc.identifier.uri	http://dgsa.uaeh.edu.mx:8080/bibliotecadigital/handle/231104/7099
dc.description	En la actualidad existe la necesidad de obtención de energía por combustibles alternos y sostenibles con el fin de mitigar el consumo de combustibles tradicionales. Con base en una perspectiva de química verde y economía circular, los materiales usados en un proceso, al final de su vida útil, pueden ser usados en otro proceso tal como remover contaminantes de fósforo en las aguas grises. Así, este trabajo propuso usar el sistema Al:Ca a partir de cáscara de huevo calcinada como catalizador para producir biodiésel a partir de la transesterificación de aceite de cocina usado. Después, este material gastado de la reacción fue utilizado como material adsorbente para remover fosfatos presentes en aguas grises. La parte de la evaluación catalítica para producción de biodiesel consistió en la síntesis del sistema Al:Ca con las proporciones molares 0.2, 0.5 y 0.8 (N2, N5 y N8 respectivamente) a partir de cáscara de huevo calcinada a 900 °C (EC) y Al2O3 obtenido de Al(OH)3 industrial calcinado a 750 °C. El CaO se mezcló con metanol a 60 °C y posteriormente se agregó el Al2O3. Luego, se secaron a 350 °C por 3 h. Las reacciones de transesterificación se realizaron con aceite de soya comercial Soyaplus® y con aceite usado de cocina marca Canoil® a 60 °C, con una relación molar metanol/aceite 10: 1 (MOR), y una carga de catalizador de 6 %p/p respecto al aceite. Para el aceite de soya fresco el tiempo de reacción fue 1 h y para el aceite usado 3 h. El rendimiento de biodiesel se determinó mediante el índice de refracción. Luego, el catalizador Al:Ca 0.2 (N2) se utilizó para la mejora de las condiciones de reacción mediante el método univariable utilizando el aceite de cocina usado. Se propusieron tres diferentes métodos de recuperación de catalizadores y se evaluó su capacidad de reúso. Los catalizadores frescos se caracterizaron por fisisorción de N2, TGA-DTA, DRX, espectroscopía FT-IR, indicadores de Hammett, número de sitios básicos, XPS y SEM. El biodiésel y los aceites se caracterizaron por densidad, viscosidad, el índice de yodo, índice de saponificación, índice de acidez, índice de peróxido, pruebas oxidativas y RMN. Se encontró que el área, volumen y tamaño de poro de los catalizadores Al:Ca disminuyó respecto al EC y el Al2O3. El catalizador N2 mostró menor área, pero los tres catalizadores Al:Ca tuvieron volúmenes y radios de poro similares. Así mismo, se encontró que a 350 °C las fases hidróxido y metóxido de calcio son estables por lo que se espera que estas fases estén presentes en los catalizadores Al:Ca. De acuerdo con la DRX y la espectroscopía de FTIR, los catalizadores mostraron principalmente cristales de Ca (OH)2, Ca (OCH3)2 y CaCO3, siendo los dos primeros productos de la higroscopicidad del CaO, la síntesis con metanol y remanentes de la cáscara de huevo, respectivamente. La presencia de las fases hidróxido y metóxido provocan que los catalizadores Al:Ca tengan una basicidad fuerte, similar a la del CaO. Sin embargo, debido a su baja área superficial de dichos sitios son menos abundantes. La XPS confirmó la presencia del metóxido de calcio en coexistencia con los carbonatos, aumentando esta última fase con el incremento de Al en el catalizador. Ahora bien, la microscopía de barrido demostró la formación de láminas aglomeradas en forma de “rosas” las cuales se atribuyen a las fases hidróxido y metóxido de calcio. Dichas estructuras se encontraron en todos los catalizadores Al:Ca pero son visiblemente más grandes en N2 que en los de mayor contenido de Al. Para el capítulo cuatro, el material usado y calcinado derivado de su uso como catalizador, fue caracterizado y empleado como material adsorbente para remover fosfatos realizando pruebas en soluciones sintéticas y aguas grises. Se realizaron pruebas de funcionalidad, determinar el efecto del pH debido a la carga del material C1 y su influencia en la remoción de fosfato e isotermas de adsorción en ensayos por lotes. Se determinó que el material es eficiente en la remoción de fosfato en agua sintética, el punto de carga cero es a un pH de 8, valor donde ocurre de igual manera la remoción más alta de fosfato. Sin embargo, al evaluar las remociones a diferentes valores de pH, se obtienen remociones del fosfato >94% por lo que el pH no tiene un efecto significativo. En modelado de curvas de ruptura en columnas empacadas, se encontró que los modelos de Thomas y MRDM se ajustan mejor a los datos experimentales. Posteriormente, se realizó el análisis por lotes usando aguas grises, donde la remoción disminuyó comparado a las pruebas con agua sintética, sin embargo, fueron >90%. En pruebas con columnas empacadas, una carga de material 75 mg y un caudal de 1 mL/min, el tiempo de ruptura ocurre a los 20 min, lo que implica que la saturación del material ocurre de manera rápida. Los modelos de Thomas y Yoon-Nelson ajustan a los datos experimentales. Tanto en las pruebas por lotes como en operación con columna, el material C1 tiene el efecto de reducir la turbidez del medio. Asimismo, los sólidos obtenidos del proceso por lotes fueron caracterizados mediante espectroscopía infrarroja, difracción de rayos X, análisis termogravimétrico, análisis elemental y microscopía digital. Cuando el pH del medio se ajusta a 8, se identificó la formación de hidroxiapatita y brushita; mientras que, al mantener el pH natural del sistema (≈12.21), también se obtiene hidroxiapatita, aunque acompañada de apatita carbonatada. Se determinó que el mecanismo de remoción involucra tanto fisisorción como quimisorción. No obstante, se comprobó que, al no modificar el pH, el fosfato adsorbido permanece biodisponible, lo que permite su reutilización como fertilizante. En cambio, cuando el pH se ajusta, los compuestos formados pueden emplearse como materia prima en la fabricación de productos de limpieza.	es_ES
dc.language.iso	es	es_ES
dc.publisher	ICBI-BD-UAEH	es_ES
dc.subject	Biodiésel	es_ES
dc.subject	Catalizador	es_ES
dc.subject	Fosfatos	es_ES
dc.subject	Remoción	es_ES
dc.subject	Cáscara	es_ES
dc.subject	Química	es_ES
dc.title	Diseño y evaluación de catalizadores AL:ca para la producción de biodiésel y la remoción de fosfatos con perspectiva de economía circular.	es_ES
dc.title.alternative	Química.	es_ES
dc.type	Tesis	es_ES