Contactos, Revista de Educación en Ciencias e Ingeniería

Editorial

Lucero González Sebastián, Víctor Manuel Trejos Montoya, Jorge Garza Olguín — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

Contaminantes recalcitrantes, el reto en el tratamiento de aguas residuales

J. Edgar Carrera Crespo — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

El agua es un recurso que utilizamos todos los días, es parte fundamental de nuestra existencia, tanto que requerimos al menos consumir 2 litros de agua diarios para un buen funcionamiento de nuestro organismo. Asimismo, la empleamos en nuestra higiene, en el lavado de prendas, frutas, utensilios, automóviles, como medio de arrastre de nuestros desechos, entre otras actividades. Toda esta agua se utiliza una sola vez y va directamente hacia el drenaje, mezclándose con otro tipo de aguas residuales, provenientes de industrias y hospitales, incrementando la variedad de contaminantes, hasta que llega a una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) en el mejor de los casos. Sin embargo, algunos de los contaminantes presentes en el agua residual, no pueden ser degradados o removidos mediante los tratamientos convencionales que se emplean en las PTAR, por ejemplo, el de lodos activados, uno de los más utilizados en las plantas de tratamiento en México. Dentro de estos compuestos recalcitrantes se encuentran algunos productos de cuidado personal, de limpieza y medicamentos, especialmente antibióticos. Debido al envío de aguas tratadas a cuerpos de agua, como acuíferos y lagos, se ha detectado la presencia de antibióticos, representando un riesgo para la vida acuática y para la salud humana. Por lo tanto, es necesario trabajar en tratamientos avanzados para lograr la degradación o remoción de este tipo de contaminantes en aguas residuales. En este artículo se presenta un panorama de las aguas residuales, los problemas de los procesos de tratamiento convencionales para degradar ciertos compuestos orgánicos, así como algunos de los tratamientos avanzados que se están desarrollando para degradar o eliminar estos contaminantes recalcitrantes.

Catálisis y Biomasa

Lucero González Sebastián — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

La biomasa, que incluye materiales orgánicos como residuos agrícolas, forestales y de alimentos, constituye una fuente valiosa de energía renovable debido a su abundancia y capacidad de regeneración. La transformación catalítica de la biomasa representa una prometedora vía para aprovechar este recurso renovable y contribuir a la mitigación del cambio climático y el desarrollo sostenible. Sin embargo, su conversión eficiente en energía utilizable presenta desafíos debido a su estructura compleja. Por lo general, la transformación de la biomasa requiere el uso de catalizadores que faciliten las reacciones químicas necesarias para descomponer y transformar sus componentes en productos útiles, como biocombustibles y productos químicos de alto valor agregado. La función de estos catalizadores es acelerar la velocidad de las reacciones, reducir las temperaturas y presiones requeridas y dirigir la selectividad de los productos. La investigación en este campo se enfoca en desarrollar catalizadores más activos, selectivos y estables, que permitan el aprovechamiento de la biomasa como un recurso de energía renovable para avanzar hacia una economía más sostenible.

Desarrollo de fármacos para tratar la teniasis y cisticercosis

Ponciano García Gutiérrez — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

El parásito Taenia solium es el agente causante de teniasis en humanos y cisticercosis en cerdos y humanos. Esta última infección afecta a más de 20 millones de personas en todo el mundo y es la causa de aproximadamente 50 mil muertes anuales. En Taenia solium se han identificado al menos tres enzimas pertenecientes a la familia denominada glutatión transferasas, las cuales representan el principal mecanismo de desintoxicación celular disponible. Debido a ello, estas proteínas se consideran blancos importantes para el diseño de fármacos. Por otro lado, se ha reportado la resistencia a fármacos antihelmínticos de amplio espectro de uso actual, planteando la necesidad de desarrollar nuevos tratamientos contra estos parásitos. Ante este desafío, los esfuerzos actuales están enfocados en desarrollar inhibidores específicos de alta afinidad para cada una de estas enzimas, con miras a convertirse en fármacos para tratar la teniasis y cisticercosis humana y porcina.

Electrolitos innovadores para el desarrollo de baterías de ion litio modernas

Gregorio Guzmán González — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

El crecimiento de las ciudades y la población han incrementado el interés internacional por la fabricación de dispositivos que permitan facilitar el camino hacia la transición energética. Desde el punto de vista de la descarbonización, la movilidad eléctrica es uno de los caminos más prometedores, para lo cual, el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía con alta densidad gravimétrica y volumétrica (ligeras y pequeñas) es indispensable. En este sentido las baterías de iones litio se ha convertido en uno de los dispositivos de almacenamiento de energía más relevantes en las últimas décadas. Este tipo de baterías han sido catalogadas de acuerdo con la naturaleza de sus electrodos como baterías de ion-litio, litio-metal, litio-azufre, litio-aire. Donde la capacidad y voltaje son propiedades intrínsecas de la naturaleza química de los materiales utilizados para el desarrollo de los electrodos “ánodos y cátodos” y de la combinación de ellos, respectivamente. Por otro lado, la densidad de corriente en las baterías depende en gran medida de la velocidad de trasporte de iones litio a través de las diferentes faces e interfaces de la batería. Por lo tanto, la conductividad iónica de los electrolitos y aglomerantes; así como su compatibilidad con el resto de los componentes de la celda son un factor determinante en el rendimiento electroquímico global de estos dispositivos. Aquí son presentados las principales características de los diferentes tipos de electrolitos utilizados en baterías de ion litio, sus limitaciones y algunas estrategias desarrolladas en el grupo de almacenamiento de energía de la universidad Autónoma Metropolitana unidad Iztapalapa (UAM-I), para el desarrollo de electrolitos innovadores con aplicación en baterías de ion litio modernas.

Heterouniones y materiales bidimensionales para degradación de contaminantes, producción de hidrógeno y obtención de combustibles solares

Jose Luis Ortiz Quiñonez — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

Las heterouniones son materiales conformados generalmente por dos materiales semiconductores en estrecho contacto, o por una nanoestructura metálica en contacto con un semiconductor. Por otra parte, los materiales bidimensionales (2D) tienen forma de láminas cuyos espesores son extremadamente pequeños. Muchos materiales 2D se caracterizan por tener una alta conductividad eléctrica, alta área superficial, y la posibilidad de funcionalizar su superficie para mejorar su desempeño en diversas aplicaciones. En este artículo se presentan algunas de las principales características, propiedades y aplicaciones de las heterouniones y materiales 2D. Se enfatiza en las ventajas de estos materiales para la producción de hidrógeno, fotodegradación de contaminantes persistentes y la obtención de moléculas pequeñas por fotoreducción de CO2 en presencia de luz solar.

La importancia de la metodología en el desarrollo de campos de fuerza utilizados en Dinámica Molecular

Alexander Pérez de la Luz — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

Actualmente se realizan simulaciones de sistemas con una gran cantidad de átomos, esto ha permitido tener una mejor comprensión de los fenómenos fisicoquímicos, dando una mejor comprensión de los factores moleculares involucrados en los diferentes sistemas. Este artículo describe en términos prácticos la importancia de desarrollar metodologías que permitan mejorar los campos de fuerza utilizados en Dinámica Molecular. La simulación molecular se ha convertido en una herramienta valiosa en la compresión del ordenamiento molecular donde las interacciones moleculares pueden ser relevantes, tales como: la miscibilidad entre líquidos de diferentes composiciones químicas, la solubilidad de sólidos en medios acuosos o solventes orgánicos como en el caso de los fármacos, el estudio de fenómenos físicos como la absorción y adsorción, el plegamiento de pequeñas biomoléculas, entre otros.

La química detrás de los MOFs

Ricardo A. Peralta — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

El desarrollo de nuevos y mejores materiales es una necesidad inherente del ser humano para desplegar un mejor avance científico en diversas áreas como el medio ambiente y la tecnología industríal. Para ello, es importante entender el funcionamiento y diversas aplicaciones que un material pueda tener. Como una nueva alternativa en el estudio de materiales en estado sólido, nacen las redes metal-orgánicas, las cuales tienen como fundamento la química reticular con base en la química inorgánica. Este tipo de materiales han mostrado una amplia versatilidad en términos de diseño, síntesis y aplicaciones. Algunas de las aplicaciones que mi grupo de investigación se encuentra desarrollando son én adsorción de gases y contaminantes en agua, detección, sensores, dosificación de fármacos y catálisis. Estos problemas en un futuro no muy lejano serán de gran importancia y las maneras en que mi grupo de investigación las está abordando puede ser una herramienta útil para solucionarlas.

Materiales sólidos utilizados en la captura de gases de efecto invernadero: CO2 y jerarquización

Ana Yañez -Aulestia — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

El estudio de las interacciones entre sólidos y gases es parte importante en la fisicoquímica de superficies, correlacionándose fuertemente con el diseño de materiales sólidos para la captura de gases como el CO2. Comprender esas interacciones, incluyendo su afinidad, su impacto en la capacidad de adsorción, estabilidad y regenerabilidad en diferentes condiciones ambientales, es esencial para el desarrollo de materiales efectivos en la captura de gases y compuestos de efecto invernadero. En este contexto, en este trabajo se examina el impacto de los gases, centrándose en el CO2, y cómo el diseño de materiales sólidos jerarquizados permite modificar y generar cambios estructurales que influyen significativamente en la adsorción de gases.

Termodinámica molecular de adsorción de fluidos empleando la teoría de funcionales de la densidad

Víctor Manuel Trejos Montoya — jue, 17 oct 2024 00:00:00 -0500

La adsorción de fluidos es la adhesión de moléculas de un fluido, ya sea simple o complejo, a una superficie sólida. Este fenómeno es superficial, ya que el fluido adsorbido no penetra ni se disuelve en la matriz o superficie sólida. La adsorción ha sido un tema de fundamental interés en diversas áreas del conocimiento, como la física y la química. En este trabajo, realizamos una revisión del fenómeno de adsorción de fluidos empleando la teoría clásica de funcionales de la densidad (DFT, por sus siglas en inglés). Proporcionamos una breve descripción de conceptos básicos relacionados con DFT, tales como potenciales de interacción, funcionales de la densidad, perfiles de densidad, e isotermas de adsorción. Finalmente, discutimos las perspectivas futuras de la teoría de funcionales de la densidad, incluyendo su aplicación en el estudio de la adsorción de fluidos complejos como el agua, dióxido de azufre e hidrógeno en materiales adsorbentes sólidos de gran interés, como los sólidos nanoestructurados, entre los que destacan las redes metal-orgánicas. Estos materiales han abierto nuevas posibilidades en la optimización de procesos industriales y en la exploración de aproximaciones teóricas robustas como la DFT.