Portal de Cuerpo Académico de Química Aplicada


Línea: Materiales Nanocerámicos


Materiales cerámicos nanoestructurados con aplicaciones en las áreas de ingeniería, medio ambiente y de la salud 2012-2015


Responsable:Dr. Gerardo Cesar Díaz Trujillo

Resumen



En el presente proyecto se contempla en primer lugar, dar una continuidad a la línea de investigación en lo que respecta a actividad del Cuerpo Académico de Química Aplicada en el marco de Desarrollo de Materiales, puntualmente en aquellos de tipo Cerámico, se presenta la oportunidad de llevar a cabo una extensión de aplicación de dichos materiales hacia otras áreas del conocimiento, utilizando materias primas grado reactivo y mediante diferentes métodos de síntesis obtener materiales nanoestructurados que puedan ser dirigidos hacia su aplicación en como cerámica estructural, medio ambiente y en ciencias de la salud, todo ello enmarcado dentro de un proyecto en proceso de ejecución bajo la responsabilidad de investigador de UABC con grupo interinstitucional y multidisciplinario.

Describa el Impacto en el Desarrollo Cultural y/o Social que puede esperarse del proyecto Al momento, se han logrado avances en la colaboración interinstitucional, se tiene ya un antecedente en proyecto anterior que permitió intercambiar experiencia con colegas de otras Universidades y Centros de investigación, lo que han permitido el, después de un análisis de avances el promover la extensión de la línea de investigación de materiales cerámicos nanoestructurados hacia otro grado de aplicación, se ha logrado participar publicaciones a nivel internacional, generar formación de recursos humanos a nivel licenciatura y posgrado, promover la difusión en eventos internacionales y nacionales y el de llevar a cabo acciones de gestión en convenios, movilidades interinstitucionales, etc.
Sin duda alguna los nanomateriales han tenido un gran impacto científico, tecnológico y social, en éstos últimos años se encontró que los materiales nanoestructurados tienen un gran importancia en varias ramas de la ciencia ya que se han encontrado una extensión de su aplicación debido al carácter a nivel nanométrico. El presente proyecto de investigación contempla la elaboración de una serie de materiales cerámicos conformados a nivel nanoestructural a base de silicatos, aluminatos, titanatos, zirconatos e hidroxiapatita dopados con elementos catiónicos (Calcio, Platino, Plata, Tierras raras), utilizando una variedad de métodos de síntesis; Sol-Gel, Co- precipitación, Hidrotermal, Combustión y Estado Sólido, dirigiendo su aplicación como cerámica estructural dentro del área ingeniería, asimismo en las áreas de Medio Ambiente como captadores de gases de invernadero (ZIrconatos y aluminatos), sustrato para elaborar celdas solares (Titanatos) en Ciencias de la Salud como biomaterial (Hidroxiapatita, Titanatos y TiO2 biocompatible). Se parte de materias primas grado reactivo y se cuenta con un proceso de caracterización que considera el análisis; Químico, Mineralógico, Morfológico, Térmico y Biológico de los materiales elaborados y el poder evaluar su actividad deseada.
Durante la ejecución del presente proyecto se esperan resultados en los dos campos, además de poner en contacto investigadores de diferentes instituciones nacionales, interaccionarlos con internacionales con la seguridad de que este tipo de colaboración permiten una serie de interacciones inesperadas, pero que nuestra experiencia permite describir como altamente fructíferas, ya que las discusiones multidisciplinares pueden llevar a grandes avances en los campos implicados.


Objetivo General



Elaborar y caracterizar materiales cerámicos nanoestructurados de tipo de; silicato, aluminatos, titanatos, zirconatos e hidroxiapatita y dopados con elementos catiónicos (Calcio, Platino, Plata, Tierras raras) que permitan el generar vacancias y promover su aplicación como captadores de gases de invernadero, compuesto con propiedades bactericidas y con aplicaciones en ciencias de la salud como biomateriales, evaluando su comportamiento de acuerdo al método de síntesis y la cinética de cristalización. De igual forma el generar procesamiento en sistemas cerámicos nanoestructurado con aplicaciones en el área de ingeniería.

Objetivos Particulares



1. Utilizando los métodos de combustión y sol-gel sintetizar sistemas biocerámicos a base de hidroxiapatita dopados con Platino, Oro, Plata y Flúor, para dirigir su aplicación al área de ciencias de la salud.
2. Sintetizar materiales cerámicos por medio de métodos de reacción en sólido a base de circonatos y aluminatos, dopados con elementos catiónicos que presenten propiedades adecuadas para extender su aplicación como compuestos nanoestructurados captadores de gases de invernadero (área de medio ambiente).
3. Optimizar formulación de material nanomátrico base de titanatos para dirigir su aplicación como cerámica estructural.
4. Por Sol-Gel sintetizar titanatos puros para dirigir su uso como sustratos de celdas solares y sistemas dopados con Calcio, Platino, Oro y Plata para considerar su aplicación en el área de la salud.
5. Mediante análisis térmico diferencial establecer la cinética de cristalización en cada sistema estudiado.
6. Caracterizar la mineralogía y morfología del material obtenido por Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM) y Microscopia de Fuerza Atómica (AFM) a fin de obtener composición, área superficial, tamaño de partícula, etc.
7. Evaluar la actividad biológica del biomaterial; in vitro, in vivo y microbiológico.
8. Evaluar la actividad captadora de gas/es, en cada material de acuerdo al grado de cristalinidad, a la temperatura del gas y al tamaño de partícula analizando el proceso de sorción/desorción mediante análisis termogravimétrico (TGA) y cromatografía de gases.


Línea: Desarrollo analítico


Aplicación de análisis por inyección en flujo a los subproductos de desinfección de agua, 2011-2012


Responsable: Eugenia Gabriela Carrillo Cedillo

Resumen



El gran incremento en la población demanda un consumo cada vez más elevado de agua potable, la cual debido a la reducción en los mantos acuíferos y cuerpos de agua superficiales disponibles para ser tratadas, aunado a la contaminación antropogénica los procesos de desinfección del agua se vuelven más complicados.
Los desinfectantes más comúnmente usados son: cloro gas (Cl2), hipoclorito de sodio (NaClO, 12.5% de cloro disponible), hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2, 70% de cloro disponible), cloraminas, dióxido de cloro (ClO2) y ozono (O3). Otros desinfectantes como rayos ultravioleta, bromo, yodo y plata no se han empleado en forma generalizada. Cada uno de los desinfectantes que se emplean tiene sus ventajas e inconvenientes en función de su costo, eficacia, estabilidad, facilidad con que se aplique, y formación de subproductos de la desinfección, entre los cuales se encuentran comúnmente los trihalomentanos totales y el formaldehido, los cuales causan daño a la salud. La metodología existente para estos analitos resulta costosa, tanto por el equipo requerido como por el tiempo de análisis.
La metodología propuesta en este proyecto por el sistema FIA, propone disminuir el tiempo de análisis por muestra para facilitar la determinación rutinaria de estos analitos en agua potable, haciéndolo mas rentable y de esta manera tener un mejor control de ellos. Los componentes básicos de un sistema FIA son la disolución portadora, el sistema de propulsión, sistema de inyección, el reactor, el detector y un procesador de señal analítica o sistema de adquisición de datos. Una de las bondades de FIA es la compatibilidad que se tiene al seleccionar el tipo de detector los cuales pueden ser: potenciométricos, amperométricos, espectrofotométricos, arreglo de diodos, fluorescentes, de absorción atómica, por mencionar algunos. Otra característica importante de este tipo de sistema es la relación eficiencia / costo que lo hace altamente rentable.
Impacto en el control de los subproductos de la desinfección
Cada día los procesos de desinfección de agua potable se están volviendo más complejos por la cantidad de contaminantes presentes en el medio ambiente los cuales bajo diferentes procesos llegan a los cuerpos de agua, de la cual es extraída para aplicarse los procesos de desinfección. Los controles establecidos en la normatividad mexicana en materia de agua potable incluyen únicamente a los trihalometanos totales, la metodología sugerida para su cuantificación es cromatografía de gases, incluyendo un pretratamiento de la muestra lo cual resulta costoso tanto por los equipos requeridos como el tiempo de análisis. Este proyecto permitirá establecer una metodología alternativa más sencilla, rápida y rentable para el análisis rutinario de estos subproductos de la desinfección de agua potable sin sacrificar los límites de cuantificación establecidos.
Al seleccionar un desinfectante para que el agua sea microbiológicamente segura, es importante, tanto desde el punto de vista de la salud pública como del costo, estar conscientes sobre los subproductos potenciales de la desinfección y de sus consecuencias para la salud. Para esto será necesario saber qué subproductos se forman bajo qué condiciones, cuáles serían los riesgos para la salud u otros efectos adversos, y cómo éstos pueden minimizarse. La OMS recomienda que se utilice un enfoque de riesgo–beneficio en el cual se consideren los agentes patógenos, los desinfectantes, los subproductos de la desinfección, la calidad del agua y el costo, para equilibrar las compensaciones entre los riesgos microbianos y los químicos. Como resultado, es por lo tanto crucial que los intentos de controlar los desinfectantes y sus subproductos no comprometan la desinfección misma, lo cual es esencial para proteger la salud pública.


Objetivos



1. Establecer las condiciones óptimas de cuantificación de subproductos de desinfección de agua potable aplicando la metodología de análisis por inyección en flujo, mediante la formación de derivados que producen señales analíticas en la región UV-VIS o formando compuestos fluorescentes. En ambos casos su buscara mejorar los límites de cuantificación de los analitos.
2. Validar la metodología implementada para la cuantificación de los subproductos de desinfección de agua (THMs y Formaldehído)

Línea: Materiales Vitrocerámicos


I) Síntesis de Materiales Vitrocerámicos, 2010-2011


Responsable: Dr. Gerardo Cesar Díaz Trujillo

Resumen



Los Vitrocerámicos son sólidos policristalinos que contiene, normalmente, una fase vítrea residual, y que se obtienen por fusión y solidificación de composiciones vítreas inorgánicas susceptibles a la cristalización controlada, generando una fase cristalina del vidrio precursor en la forma, normalmente, de finos cristales, donde el número de cristales, su velocidad de crecimiento y su dimensión final están controlados por la aplicación de un adecuado ciclo de tratamiento térmico. El éxito en la preparación de materiales Vitrocerámicos depende esencialmente de la garantía de la formación de un número suficiente de núcleos cristalinos distribuidos uniformemente a lo largo de todo el volumen del vidrio, y que sigue creciendo.
El tipo de fase cristalina, así como las propiedades finales de los materiales Vitrocerámicos pueden ser controlados a partir de la composición del vidrio precursor y del tratamiento térmico aplicado. éstos materiales prometedores no solo por sus propiedades, en algunos procesos de producción, el uso de silicatos comunes puede ser sustituido por diferentes materias primas o sustancias con propiedades superiores, esto permite obtener materiales diferentes a los tradicionales. La ingeniería de diseño pretende la incorporación de materias primas no convencionales para la fabricación de estos materiales, los cuales son indispensables para improvisar el nivel de otras producciones en este campo.
En el presente proyecto se contempla en primer lugar, dar una continuidad a la línea de investigación en lo que respecta a su aplicación directa en el sector industrial dentro del renglón de tratamiento de residuos y de ésta forma disminuir de manera considerable el alto volumen de confinamiento nacional e internacional de estos residuos de composición inorgánica ricos en elementos metálicos que hasta la fecha en nuestra región no son considerados como una alternativa de materia prima, ahora utilizando cuatro síntesis de ruta; precipitación, sol-gel, combustión e hidrotermal, ya se tiene implementada la ruta tradicional de generación de vidrio precursor por fusión con sus posteriores tratamientos térmicos, ahora con las rutas alternas, se pretende el promover una disminución en el proceso de generación de vidrio precursor. A nivel internacional, principalmente en Europa ya se están realizando estudios que permiten obtener resultados favorables, ahora se extiende el intercambio de experiencia a fin de participar de manera directa en presentar una alternativa de aprovechamiento.
Por otro lado y de manera paralela, se presenta la oportunidad de llevar a cabo una extensión de aplicación de materiales vitrocerámicos hacia otras áreas del conocimiento, utilizando materias primas grado reactivo y mediante síntesis, obtener materiales que puedan ser dirigidos hacia su aplicación en electrónica y medicina, todo ello enmarcado dentro de un proyecto en proceso de ejecución bajo la responsabilidad de investigador español con grupo interinstitucional y multidisciplinario que tiene como objetivo general el utilizar anticuerpos monoclonales que reconocen células madre de tejidos adultos (neural, mama) para dirigir partículas vitrocerámicas diseñadas y sintetizadas en el marco del proyecto, hacia células madre cancerosas (de tejido neural y mamario), con el fin de eliminarlas mediante la fotoactivación de dichas partículas para la generación de especies reactivas de oxígeno responsables de la destrucción de la membrana celular, siendo el objetivo final el determinar si la fotoeliminación (depleción) de esta población es capaz de inhibir el crecimiento tumoral, en donde nuestra participación directa y puntual dada la experiencia, es el de llevar a cabo la síntesis por; precipitación, sol-gel, combustión e hidrotermal de material vitrocerámico paralelamente con otras institucionales y el dirigir dicho producto una vez elaborado al grupo responsable de realizar la caracterización fotoelectroquímica.


Impacto en el Desarrollo Cultural y/o Social.



El presente proyecto de investigación, pretende dar continuidad a la línea de que se ha generado en la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería de la UABC en lo concerniente aprovechamiento de residuos de origen industrial en el proceso industrial de materiales cerámicos, proceso que implica la aplicación de altas temperaturas y por ende el que se vean eliminados los efectos nocivos de dichos residuos. Al momento, se han logrando avances en la colaboración interinstitucional, se tiene ya un antecedente en proyecto anterior que permitió intercambiar experiencia con colegas de otras Universidades y Centros de investigación, lo que han permitido el, después de un análisis de avances el promover la extensión de la línea de investigación de materiales vitrocerámicos hacia otro grado de aplicación, sin descuidar la ya línea ya implementada que es básicamente el de incluir residuos industriales en sistemas vitrocerámicos, se ha logrado participar publicaciones a nivel internacional, generar formación de recursos humanos a nivel licenciatura y posgrado, promover la difusión en eventos internacionales y nacionales y el de llevar a cabo acciones de gestión en convenios, movilidades interinstitucionales, etc.
Por lo antes expuesto, se pretende dar continuidad a la colaboración, la cual se extiende hacia otras instituciones que se han sumado al proceso de investigación integral que se ha logrado establecer la igual el de promover el uso de materiales vitrocerámicos hacia aplicaciones específicas dirigidos electrónica (semiconductores, etc.) y medicina (partiendo de la hipótesis de partida es utilizar anticuerpos monoclonales que reconocen células madre de tejidos adultos (neural, mama) para dirigir partículas vitrocerámicas diseñadas y sintetizadas en el marco del proyecto, hacia células madre cancerosas (de tejido neural y mamario), con el fin de eliminarlas mediante la fotoactivación de dichas partículas para la generación de especies reactivas de oxígeno responsables de la destrucción de la membrana celular. el objetivo final sería determinar si la fotoeliminación (depleción) de esta población es capaz de inhibir el crecimiento tumoral. Experimentos preliminares llevados a cabo por colegas del ICV y CIB del CSIC han demostrado con compuestos de TiO2 (Anatasa/ Rutilo) sólo o modificado con metales nobles, que la generación de estas partículas es factible, y que se puede inducir la fotoeliminación (depleción) de una subpoblación celular in vitro con cierta especificidad, aunque esta es altamente dependiente de la concentración de las particulas y de su band gap que puede variar dopando con iones pentavalentes. Resultados previos indican que se pueden unir los anticuerpos a partículas de TiO2 mediante enlaces electrostáticos, mejorando el porcentaje de anticuerpo unido y las características del enlace mediante la inclusión de catalizadores (metales nobles).
Durante la ejecución del presente proyecto se esperan resultados en los dos campos, además de poner en contacto investigadores de diferentes instituciones nacionales, interaccionarlos con internacionales con la seguridad de que este tipo de colaboración permiten una serie de interacciones inesperadas, pero que nuestra experiencia permite describir como altamente fructíferas, ya que las discusiones multidisciplinares pueden llevar a grandes avances en los campos implicados.


Objetivo



El presente proyecto de investigación, pretende poner a punto la formulación de materiales vitrocerámicos utilizando variedad de procesos de conformación; precipitación, sol-gel, combustión e hidrotérmico, dirigiendo su aplicación en dos sentidos: uno que va hacia la línea de investigación que esta implementadas en la unidad académica y trata sobre aprovechamiento de residuos industrial de composición inorgánica, que a la fecha se tiene estudiada optimizada la técnica tradicional de fusión y cristalización para generar los materiales vitrocerámicos y una aplicación hacia la industria de la electrónica y en el área de la salud conformada por un grupo interdisciplinario e interinstitucional en donde nuestra labor será exclusivamente de obtener el material vitrocerámico. La matriz del sistema vitrocerámico a estudiar está conformada a partir del binario; SiO2-Al2O3-AB, en donde AB está conformada por elementos alcalino, alcalinotérreos, elementos de transición, tierras raras, por citar las principales a fin de generar un sistema ternario o en su momento y en caso de que un residuo presenta exceso de más de un compuesto inorgánico no descartar el generar un sistema multielemental, dependiendo de la composición, generando una serie de fase/s que involucran dentro de su red a la serie de elementos metálicos presentes (espinelas, pirógenos, silicatos, aluminatos, etc.) de tal forma que den la opción de su incorporación para que sean considerados una fuente alterna de materia prima y de esta forma generar la introducción en los procesos de elaboración de materiales que puedan ser aplicados ya sea como vitrocerámicos tradicionales, esmaltes, biovitrocerámicos, semiconductores.
Conforme a resultados de propiedades fisicoquímicas y morfológicas, el ver la opción de llevar su aplicación en la industria electrónica y computación dentro de vitrocerámicos especiales y/o como vehículos transportadores de fármacos. El presente proyecto se enmarca de manera directa en tres proyectos internacionales en los cuales se colabora: Dentro de Red propuesta a CYTED en Junio 2009, “Valorización de sistemas y sustratos sostenibles y su aprovechamiento energético en zonas de difícil acceso” y siguiendo la línea de aprovechamiento de residuos industriales que se ha promovido el proyecto; “Desenvolvimento de Materiais Vitrocerámicos a partir de resíduos industriais inorgánicos” del Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN/SP - São Paulo – Brasil y otro que permite el fortalecer la línea de investigación dentro del campo de los materiales vitrocerámicos extendiéndose hacia la aplicación en medicina y que es proyecto elaborado para presentar en futuro mediato ante convocatoria CONACYT dentro del marco de colaboración México-España; “Nanopartículas cerámicas dirigidas contra células madre cancerosas: nuevas estrategias terapéuticas frente al cáncer”, que permitirá el promover la mayor interacción de integrantes del grupo de trabajo.


II). Elaboración de vitrocerámicos y pigmentos utilizados en materiales cerámicos, utilizando residuos industriales inorgánicos como materia prima. 2008-2009


Responsable: Dr. Gerardo Cesar Díaz Trujillo

III). Proyectos de Desarrollo; Modalidad cuerpos académicos en formación. 2008-2009


Responsable: Dr. Gerardo Cesar Díaz Trujillo

Resumen



Sin duda, uno de los materiales que a través del tiempo ha estado presente en el uso cotidiano ha sido el material vitrocerámico, A la fecha se ha logrado encontrar, aplicar y diseñar una metodología que nos permite el elaborar nuestros materiales así como el de llevar a cabo una caracterización: Fisicoquímica (Análisis Químico y Físico), Mineralógica (Difracción de Rayos X), Microestructural (Microscopia Electrónica de Barrido , Transmisión y Fuerza Atómica), Térmica (Análisis Térmico Diferencial/Gravimétrico, Dilatometría), Mecánica (Tenacidad, Microdureza Vicker y Knoop, Módulo de Young), de tal forma que es posible lograr ubicar a nuestros materiales dentro del contexto de investigación científica para su posterior estimación de una aplicación tecnológica. Asimismo, extender el proceso de conformado y enfriamiento del material cerámico (Vidrios y Vitrocerámicos). Dentro del proceso de elaboración, ha sido posible el poder implementar de igual forma, dicha metodología, para utilizar como materia prima toda aquella considerada convencional : Sílice, óxidos y carbonatos principalmente, asimismo, el de llevar a cabo una sustitución de uno o varios de los componentes utilizando una serie de residuos sólidos por ejemplo de sílice microamorfa de central geotérmica, cenizas volcánicas, etc. de tal forma que los resultados arrojados, una vez caracterizados los respectivos materiales y dado el resultado positivo, ya que fue posible elaborar materiales de vidrio, vitrocerámicos y cerámicas tanto tradicionales (refractarios de sílice y circón), así como porcelanas sanitarias y avanzadas como son nitruros de silicio y mullitas, permite el estimar el uso de residuos sólidos de tipo inorgánico, como una alternativa de materia prima.
Se contempla su aplicación directa en el sector industrial dentro del renglón de tratamiento de residuos y de ésta forma disminuir de manera considerable el alto volumen de confinamiento nacional e internacional de estos residuos ricos en elementos metálicos que hasta la fecha en nuestra región no son considerados como una alternativa de materia prima. A nivel internacional, principalmente en Europa ya se están realizando estudios que permiten obtener resultados favorables y en los noventa se ha incrementado la línea de investigación dado el aumento considerado de dichos residuos en la industria que al ver incrementado su nivel de producción, claramente aumenta sus residuos.

Impacto en el desarrollo cultural, económico y/o social



El Estado de Baja California, cuenta con un alto número de industria que dirige su actividad económica hacia los procesos de recubrimiento metálico (galvanizado, anodizado, etc) al igual que aquellos generados en otro tipo de industria tal como la que incluye; tratamiento de agua residual generadora de lodos, residuos de productos marinos (conchas en su variedades), arenas residuales en sistemas de pulido y en general todo aquel residuos que de una manera u otra es dirigido hacia una zona de confinamiento y clasificado dentro del renglón de tipo inorgánico (estimación media de una tonelada al mes en el estado) presentes en forma de elementos metálicos como aluminio, estaño, níquel, cinc, cobre, cromo, etc., en forma combinada de sales, que tienden a ser confinados a zonas específicas dependiendo del grado de peligrosidad que sean considerados. El presente proyecto de investigación, pretende dar continuidad a la línea de que se ha generado en la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería de la UABC en lo concerniente aprovechamiento de residuos de origen industrial en el proceso industrial de materiales cerámicos, proceso que implica la aplicación de altas temperaturas y por ende el que se vean eliminados los efectos nocivos de dichos residuos. Se tiene la seguridad dada la experiencia adquirida, el que dichos residuos de tipo inorgánico presentan una buena opción para que se incluyan en el proceso industrial de materiales cerámicos dentro del proceso de formulación de vitrocerámicos (fritas de nombre comercial y utilizadas en recubrimiento de cerámicas) y pigmentos (como colorante de cerámicas, cementos y vidrios), se tienen estudios previos que han arrojado resultados aceptables, por lo cual, es necesario incrementar la investigación en el área y de ésta forma promover procesos de remediación a corto y mediano plazo en los diferentes giros comerciales que generan residuos sólidos en nuestra región. A la fecha, se tienen identificadas industrias que originan una cantidad adecuada de residuo que permite estimar su viabilidad, de tal forma que como producto mínimo de ésta investigación, será posible obtener un material cerámico que en su estructura involucra a los elementos considerados con peligrosidad de tal forma que los tiende a inmovilizar o dejar inactivos, siendo posible obtener materiales para su aplicación en la industria de construcción ya sea como baldosas, lozas, bloques, fritas para recubrimiento de losetas y que en gran medida mejoran sus comportamiento mecánico como es en resistencia a la abrasión, al fuerte impacto, a la corrosión, pigmentos, etc. Al momento, se han logrado avances en nuestra Universidad, se ha trabajado en dicha línea de investigación, se está capacitando recursos humanos, por lo cual además se pretende ahora fortalecer mediante la integración del Cuerpo Académico de Química Aplicada para promover mas recursos humanos; profesores, investigadores y estudiantes de posgrado con otros Cuerpos Académicos nacionales; Hidalgo, San Luís Potosí, Sonora y UNAM. Paralelamente, el dar continuidad a intercambio de investigadores de universidades internaciones a la Universidad Autónoma de Baja California; Instituto de Investigaciones de Sao Paolo (Brasil), Universidad Nacional (Costa Rica), Universidad de la Habana(Cuba), Instituto de Cerámica y Vidrio e Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja del CSIC (España), Universidad de Montpellier II (Francia). Finalmente, el promover procesos de divulgación con el sector productivo específicamente en el Consejo de Desarrollo de Tijuana y de Baja California, mediante presentación de proyectos tecnológicos de interés específico, y de ésta manera, estimar en mediano plazo lograr el implementar un sistema de aprovechamiento de residuos en el proceso de elaboración de materiales cerámicos; fritas y pigmentos que tengan una aplicación directa en materiales de construcción y en casos especiales, una mejor dirección.

Objetivo



El presente proyecto de investigación, pretende poner a punto la formulación de materiales cerámicos (cerámicas tradicionales, vitrocerámicos y pigmentos) con fases cristalinas que permitan incluir el residuos industrial como materia prima en su total o en baja cantidad como agente secundario; nucleante, colorante, etc. La matriz del sistema cerámicos está conformada a partir del binario; SiO2-Al2O3, con la introducción de residuo sólidos se lleva a un sistema ternario o multielemental, dependiendo de la composición, generando una serie de fase/s que involucran dentro de su red a la serie de elementos metálicos presentes (espinelas, pirogenos, silicatos, aluminatos, etc.) de tal forma que den la opción de su incorporación para que sean considerados una fuente alterna de materia prima y de esta forma generar la introducción en los procesos de elaboración de materiales que puedan ser aplicados ya sea como cerámicas tradicionales, fritas utilizadas en industria cerámica y pigmentos, utilizados tanto en cerámicas, cementos y pinturas. Finalmente, no descartar y el ver la opción de llevar su aplicación a la industria electrónica y computación dentro de cerámicas especiales. El presente proyecto se enmarca de manera directa en dos proyectos internacionales en los cuales se colabora: “Desenvolvimento de Materiais Vitrocerámicos a partir de resíduos industriais inorgánicos” del Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN/SP - São Paulo – Brasil, y “Materiales vitrocerámicos a partir de residuales industriales para conformar materiales de construcción de uso en edificaciones”, a iniciarse de Enero de 2008 a Noviembre de 2011 en el Instituto de Ciencia y Tecnología de los Materiales-IMRE, de la Universidad de la Habana, Cuba.

Objetivos Específicos



En orden inmediato:



1. Diseñar al menos un par de formulaciones de cerámica tradicional, vitrocerámico y pigmentos, que permitan la incorporación de residuos sólidos inorgánicos como fuente alterna de materia prima, siendo preferible el considerar el total en dicha formulación.
2. Estudio cinético de las diferentes formulaciones diseñadas a fin de identificar el tratamiento térmico apropiado.
3. Caracterizar fisicoquímicamente (Análisis Químico, Difracción de Rayos X, Espectroscopia Infrarroja, Microscopía Electrónica de Barrido, Transmisión y de Fuerza Atómica).
4. Evaluación de propiedades físicas de los materiales obtenidos; densidad, dureza, desgaste)
5. Analizar el efecto corrosivo en medio acuoso, alcalino y ácido (lixiviación de metales).
6. Proponer la posible aplicación tecnológica de los materiales obtenidos.


En orden mediato:


1. Prosiguiendo con los objetivos mediatos, se tiene el de presentar alternativas para su industrialización ya sea en materia prima o el proyecto en si, de tipo tecnológico.
2. Dentro del campo de la investigación, se da continuidad al estudio de los materiales cerámico como una actividad dentro de la línea de investigación del Cuerpo Académico de Química aplicada.
3. Conforme a los resultados obtenidos, presentar proyectos a Consejos Empresariales de la entidad y el considerar su optimización para su implementación en donde se ubique/n material/es residual/es y que sea económicamente rentable.
Dado lo ambicioso del proyecto, el calendario se considera a dos años para alcanzar los objetivos inmediatos y mediatos y después de una evaluación se establecerá el tiempo requerido para generar nuevas y futuras líneas de investigación.


Metas Inmediatas



1. Obtener una variedad de productos cerámicos; cerámicas tradicionales, vitrocerámicos y pigmentos de sistemas con matriz de SiO2-Al2O3 utilizando como materia prima residuos sólidos de origen industrial.
2. Continuar la investigación realizada a partir de 1988 que se ha estado iniciando en la Universidad Autónoma de Baja California en el área de materiales mineralógicos no-metálicos primordialmente en la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería e integrarse a actividad de Cuerpo Académico de Química Aplicada.
3. Con el apoyo de este proyecto, primeramente se integrará a la U.A.B.C. la investigación sobre ésta materia que se ha estado realizando mediante convenios oficiales, entre las diferentes instituciones participantes, de esta forma se fortalece y da continuidad a la colaboración nacional mediante los Cuerpos Académicos de: Metalurgia (AUEH), Ciencias Ambientales (UASLP), Fenómenos ópticos (USON) e Instituto de Investigación en Materiales e interinstitucional; Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares de Sao Paolo (Brasil), Universidad Nacional (Costa Rica), Universidad de la Habana(Cuba), Instituto de Cerámica y Vidrio e Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja del CSIC (España), Universidad de Montpellier II (Francia).
4. Posteriormente, se espera fortalecer la investigación realizada hasta hoy, por medio del fortalecimiento del programa de la Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería, orientada al desarrollo de materiales y aprovechamiento de materias primas no convencionales, y en especial la consolidación de la investigación en minerales no-metálicos, que se ha iniciado a pasos acelerados a partir de 1996 en dicha Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería.
5. Consecuentemente, con el propósito de modernización, la Universidad se convertirá en uno de los pocos centros en el país dedicados a la investigación de materiales cerámicos.
6. Difundir la investigación a nivel nacional e internacional por medio de publicaciones y participación en congresos.
7. Formación de recursos humanos que permitan promover la investigación en el área de materiales cerámicos, se estima involucrar estudiantes de Licenciatura, Maestría y Doctorado.
8. Fortalecer la colaboración con Brasil, Cuba, Costa Rica, Francia y España en el proceso de incrementar la investigación de estos materiales así como el de contribuir de una manera directa en el sector productivo presentando opciones y variedades de productos y el de generar una tecnología que esté de acuerdo a la región.
9. Incluir el presente proyecto dentro de las acciones a realizar en colaboración a nivel Nacional; proyecto Inter. Cuerpos Académicos ante CONACYT y a nivel Internacional en programa de Ciencia y Desarrollo Tecnológico para Iberoamerica (CYTED) dentro de proyecto de Red.
10. Fortalecer el proyecto se enmarca de manera directa en dos proyectos internacionales: “Desenvolvimento de Materiais Vitrocerámicos a partir de resíduos industriais inorgánicos” del Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN/SP - São Paulo – Brasil “Materiales vitrocerámicos a partir de residuales industriales para conformar materiales de construcción de uso en edificaciones”, a iniciarse de Enero de 2008 a Noviembre de 2011 en el Instituto de Ciencia y Tecnología de los Materiales-IMRE, de la Universidad de la Habana, Cuba. 11. Promover el programa nacional Domingos en la Ciencias, bajo la supervisión de la Academia Mexicana de Ciencias.


Línea: Medio Ambiente - Material Particulado en aire


IV) Monitoreo de los niveles de contaminación de material particulado en zonas rurales y urbanas del estado de Baja California. 2007-2008


Responsable: Dr. Gerardo Cesar Díaz Trujillo

Resumen



La existencia de materiales contaminantes se remonta a los inicios de la vida en la tierra donde provenían de sucesos naturales, tales como las erupciones volcánicas, incendios forestales provocados por los rayos en las tormentas eléctricas principalmente, donde la aportación por el ser humano era mínima. Una vez que la mano del hombre apareció como la causante de la más extraordinaria revolución técnica de los últimos 50 años, trajo como consecuencia un daño ambiental, debido al uso indiscriminado de recursos y, a la introducción de agentes externos en nuestro medio. Esto se agudizó entre otras causas, a la combinación del crecimiento de las ciudades, con su correspondiente incremento en el uso de vehículos y a la rápida industrialización, así como a las deficiencias en la planeación y de las regulaciones ambientales, las cuales en conjunto han originado el grave deterioro de la salud y del medio ambiente.
Se tiene el conocimiento de que es imposible frenar el desarrollo de la tecnología pero es necesario aprender a sobrellevar ambas cosas sin que nadie salga afectado. La raza humana es por naturaleza consumidora de recursos y eso trae como resultado una explotación sin control del medio que nos rodea, alteramos el equilibrio de los ecosistemas y terminamos por extinguir recursos. El aire es indispensable para vivir y establecer los límites de la salud de la población es la principal razón del inicio de cualquier investigación que tiendan a mejorarla. La clase de partículas de interés que por su tamaño aerodinámico y velocidad de sedimentación son capaces de provocar una alteración de la salud, son las que se encuentran en el intervalo de 10 micrómetros de diámetro y menores. Para responder a la necesidad de medir las concentraciones ambientales de contaminantes presentes en el aire que respiramos, se necesita iniciar con la elección del sitio o sitios de localización del equipo para la toma de muestras con equipo de monitoreo manual de partículas para alto volumen, posteriormente es encontrar la conexión entre las emisiones y la calidad del aire en un lugar dado ya que esto depende del transporte y dispersión de los contaminantes y de las reacciones químicas en la atmósfera de estos.
Los habitantes de la frontera estamos expuestos a ambientes con niveles dañinos de contaminantes atmosféricos altos. La necesidad de evaluarlos es particularmente urgente en áreas densamente pobladas, donde los problemas de la calidad del aire se ven influenciados por un creciente número de vehículos, muchos de los cuales corresponden a modelos de los 70′ u 80′, aunado a una falta de mantenimiento apropiado, al igual que un incremento en la actividad industrial, y en otras fuentes generadoras de problemas de polvos y visibilidad, como es el caso de las calles no pavimentadas e incendios de basura o pastizales comunes en los meses de verano. En particular la región de Baja California está conformada por cinco municipios: Ensenada, Mexicali, Playas de Rosarito, Tecate y Tijuana, cada ciudad asentada en diversas topografías que les dan una característica en específico diferente una con otra. La ciudad de Tijuana se halla localizada a una latitud norte de 32′ 32”, a una altitud de 20 m sobre el nivel del mar, al norte colinda con los Estados Unidos, al sur con Ensenada, al este con Tecate y al oeste con el Océano Pacifico. Tecate encuentra a unos 550 metros sobre el nivel del mar, siendo la ciudad con una ubicación alta comparada con el resto de las cabeceras municipales del estado, se halla localizado a 116 37′ 7” latitud norte y 32 34′ 30” latitud oeste, colinda al oeste con Tijuana, al este con Mexicali, al sur con Ensenada y al norte con los Estados Unidos, y Mexicali capital del Estado de Baja California, se localiza a lo largo de la frontera internacional a los 32° 40′ de latitud norte y 115° 28′ de longitud oeste, a una altura promedio sobre el nivel del mar de 10 m.
Como antecedente en lo que concierne a información con la que se cuenta se puede decir que en principio se tiene información sobre la composición química que guardan las partículas suspendidas en la zona de la Mesa en la ciudad de Tijuana, B.C., se ha realizado investigación en la Universidad Autónoma de Baja California con apoyo de otras instituciones nacionales como Universidad Nacional Autónoma de México y el Centro Nacional de Investigación y Capación Ambiental del INE, principalmente, aplicándose dos técnicas convencionales: Espectroscopia de Absorción Atómica para Análisis Químico Cuantitativo y Microscopia Electrónica de Barrido para la caracterización de la morfología de las partículas y se introducen tres técnicas específicas para cuando se tiene el conocimiento de la existencia de una fase cristalina, ambas técnicas no se tiene conocimiento de que se apliquen por la complejidad y lo puntual: Difracción de Rayos X, Microscopia Electrónica de Transmisión y de Fuerza Atómica, todo enmarcado dentro del “Implementación de metodología para la caracterización de partículas sólidas suspendidas en la atmósfera del estado de Baja California” que ha sido apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología dentro del programa regional de Sistema de Mar de Cortes y por la Universidad Autónoma de Baja California a través de la Dirección General de Investigación y Posgrado.
Dados los resultados favorables de la metodología implementada, ahora se pretende extender la experiencia hacia las otras regiones del estado de Baja California, el poder conocer el estado que guarda el material particulado en regiones de Valle como; de la Trinidad, San Quintín, Mexicali, Guadalupe y las zonas urbanas de Ensenada, El Hongo principalmente. De esta manera se estará en posibilidades de generar información estatal en lo concerniente a Calidad de Aire a fin de poder ofrecer con mayor claridad la importancia de conjugar estas cinco técnicas, y el realizar el estudio toxicológico del material particulado para de esta manera el estimar la implementación de estaciones de monitoreo en el Estado.


Impacto en el desarrollo cultural, económico y/o social



La información en lo relacionado a contaminación ambiental en lo concerniente a calidad de aire en el estado de Baja California es limitada, se tiende a conocer datos originados exclusivamente en la zona fronteriza mediante acciones realizadas en conjunto por convenio de EUA y México. El estado de Baja California cuenta con diferente nivel de producción, que va la agricultura, pasando por la ganadería y llegando al sector maquilador sin descartar el sector turismo todas ellas distribuidas a lo ancho y largo del mismo estado. Por desgracia no se conoce la calidad del aire en términos generales de estado, y dado el auge que se va generando día a día, es necesario el poder establecer un programa de control de calidad de aire que permitan primer lugar no incrementar el estado actual y si disminuirlo en donde se considere pertinente. No se sabe el estado que guarda la calidad de aire en zonas como San Quintín, San Vicente, Valle de la Trinidad (sur de Ensenada), de igual forma se desconoce el Valle de Guadalupe, Rumorosa (zona de Tecate), por citar algunas. En el presente estudio se han elegido 15 zonas distribuidas en el estado conforme a su nivel de habitantes y fuentes laborales, a fin de evaluar la calidad de aire por espacio de un año aplicando un muestreo bimensual, de tal forma que al concluir su ejercicio, se tendrá conocimiento de la calidad que guarda la calidad del aire y se estará en posibilidades de promover acciones tendientes a llevar una mejora y en donde se considere pertinente incluir estaciones de monitoreo, todo con el propósito de dar un mejor nivel de vida a los habitantes que se ve reflejado en la salud y el desempeño de sus actividades. A nivel oficial, se contará con datos que se incluirán en estadísticas nacionales en el renglón de Calidad de Aire y a nivel estatal y se extenderán programas que permitan establecer programas a mediano y corto plazo para un mejor control ambiental.


Objetivo General



Llevar a cabo la caracterización del material particulado suspendido en las diferentes regiones urbanas y rurales del estado de Baja California apoyándose en la metodología aplicando las técnicas de Espectroscopia de Absorción Atómica, Difracción de Rayos X, Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Transmisión (MET) y Fuerza Atómica (FA). Dado que en la actualidad se cuenta con información parcial regional. Con los resultados obtenidos, se podrán y evaluar la composición química, mineralógica y microestructural de la serie de muestras obtenidas por espacio de 12 meses y estimar su efecto en la salud de los habitantes, de igual forma proponer programas de apoyo para la reducción en lo concerniente a Calidad de Aire.

Objetivos Específicos



La información con la que se cuenta en el Estado de Baja California en lo concerniente a calidad de aire, es proporcionada por un programa en el cual participan en colaboración con Estados Unidos Americanos mediante la dependencia de California Air Resources Board (CARB) y México a través del Instituto Nacional de Ecología. El presente proyecto de investigación, pretende, iniciar a nivel regional la caracterización fisicoquímica de las partículas suspendidas en la atmósfera del estado de Baja California para poder evaluar su efecto sobre la salud, así como el conocer la situación actual a fin de implementar programas preventivos mediante el diseño de actividades encaminadas a Educación Ambiental. El proceso de investigación es amplio y diverso, ya que se estima el de realizar la caracterización en las regiones urbanas y rurales existentes. Por la extensión del proyecto, se traza una serie de objetivos específicos; de orden inmediato y mediato, los cuales se subdividen considerando el tiempo de ejecución.

De orden inmediato



Se consideran aquellos objetivos que se realizan en el transcurso de un año de investigación, y que permiten el presentar una tesis de Licenciatura. Se involucra primeramente el obtener tres equipos de monitoreo del tipo Minivol, su ubicación y continuo proceso de toma de muestras durante un año de ejercicio, para lo cual se colabora estrechamente con la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT-México), Dirección de General Ecología del Estado de Baja California (DGE), Instituto de Salud (ISESALU) y California Air Resources Board (CARB- EPA-Estados Unidos Americanos).
Posteriormente, el llevar a cabo la caracterización fisicoquímica específicamente con apoyo de técnicas de: Espectroscopia de Absorción Atómica para la conocer la composición química de los principales elementos identificados en el material particulado, Difracción de Rayos X para identificar la composición mineralógica, observar y analizar la morfología por medio de la Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Transmisión (MET) y Fuerza Atómica (FA). Finalmente el evaluar los resultados con apoyo de expertos en Alergia y en general efectos toxicológicos sobre el ser humano.

De orden mediato


Se incluyen los objetivos que se pretende cumplir en un lapso de tiempo mayor de un año, se incluyen como Futuras Líneas de Investigación, y son la aplicación directa de estaciones de monitoreo y procesos de evaluación en muestras que sean generadas en distintas regiones del estado por lo que es indispensable el poder contar con el apoyo institucional de dependencias oficiales a nivel local, estatal y nacional.
Aquí es donde es posible el poder dar un diagnóstico para promover la continuidad a la investigación iniciada, ya se contará con técnicas, recursos humanos con formación, laboratorios disponibles a nivel regional por la colaboración existente y la experiencia, siendo la limitante los equipos de muestreo, ya que la acción dependerá de su existencia.


Metas


1. Fortalecer el Cuerpo Académico de medio ambiente de la UABC paralelamente con la Red de Calidad de Aire conformada en el periodo 2003-2.
2. Obtener el apoyo de instituciones encargadas del monitoreo atmosférico en el estado, para el muestreo y posterior análisis.
3. Seleccionar sitios representativos para el muestreo.
4. Aplicar la metodología Implementada en investigaciones anteriores para la caracterización de partículas presentes en la atmósfera para identificar las características estructurales, dimensionales y composición química de las partículas sólidas suspendidas.
5. Involucrar a la Facultad de Ciencias Químicas de la UABC de una forma directa en el Control de la Contaminación Ambiental en coparticipación con las autoridades encargadas de la Protección al Medio Ambiente.
6. Evaluar el potencial toxicológico de las partículas analizadas.
7. Obtener una cuatro tesis de Licenciatura y apoyar una de Doctorado en el tema de Calidad de Aire, así como el de involucrar a mínimo a un par estudiantes por medio de la implementación de Servicio Social Comunitario y Profesional y generar en futuro mediato en colaboración con autoridades municipales, estatales y federales un banco de información sobre calidad de la contaminación regional en lo concerniente específicamente a partículas suspendidas.
8. Proponer a la autoridad competente, la instalación en una serie de sitios (red) de monitoreo atmosférico permanente para cada una de las ciudades de nuestro Estado.
9. Llevar a cabo la divulgación de la información obtenida a nivel Estatal e Internacional por medio de Congresos y Publicaciones Científicas.
10. Justificar la importancia de dar continuidad a la investigación en la caracterización de partículas atmosféricas ante Autoridades Oficiales, a nivel Estatal y Federal