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"Siempre autónoma. Por mi patria educaré."

Línea de Generación y Aplicación del Conocimiento

El Posgrado en Ciencias en Ingeniería Química ha definido, después de un análisis sobre el estado del arte así como las orientaciones de investigación de los profesores que conforman el núcleo académico, 4 líneas de investigación. Estas le proporcional al posgrado una identidad propia y permiten establecer las prioridades en materia de grupos de trabajo. Estas líneas se definen a continuación.

Modelado Molecular: Propiedades Termodinámicas y Catálisis

En esta línea de investigación a través del estudio de las interacciones moleculares: Interacciones de Van der Waals, dispersión, repulsión, electrostáticas y puentes de hidrógeno en el contexto de mecánica clásica e interacciones basadas en el efecto electrónico (estructura electrónica), podemos predecir una serie de propiedades termodinámicas y de transporte.

A través del modelado molecular podemos estimar las siguientes propiedades termodinámicas: predecir la solubilidad de un soluto en un solvente (constante de Henry), podemos predecir isotermas de adsorción de gases en materiales sólidos, predecir la temperatura crítica y el equilibrio liquido-vapor de una sustancia; Calcular propiedades de transporte como el coeficiente de difusión de un gas en un sistema gaseoso, liquido o sólido, predecir la viscosidad de una sustancia, predecir propiedades reológicas, etc...

En el área de catálisis podemos elucidar el mecanismo de reacción en un sistema, predecir el estado de transición, la trayectoria de mínima energía, predecir la barrera de activación, el efecto catalítico de una enzima o un solvente; A través de la Simulación Molecular se desarrolló el primer fármaco que inhibe a la enzima integrasa (una de las enzima encargada de replicar el virus del SIDA).

Modelado y Simulación de Procesos

En esta línea se estudian los modelos estáticos y dinámicos de procesos químicos a fin de mejorar el diseño y la operación de los mismos. El objetivo es desarrollar modelos desde los más simples hasta los más complejos. Estos modelos son explotados mediante simulaciones realizadas en programas de cálculo matemático (Matlab, Scilab, Maple…), en códigos de cálculo comerciales (COMSOL, Ansys,…) o bien en programas de simulación de procesos (Aspen, Hysys, ProII).

Los modelos desarrollados actualmente intervienen sobre dos campos de investigación estrechamente relacionados: la ingeniería de procesos y los materiales. Modelado, simulación y experimentación son palabras clave comunes a los diferentes temas de investigación. Esta complementariedad permite partir de la comprensión de fenómenos fundamentales para lograr la simulación, la optimización y la intensificación de procesos para la elaboración de productos de interés en la industria química, pero también en la industria alimentaria, metalúrgica y de polímeros. Actualmente se está orientando además hacia aspectos de desarrollo sustentable, mediante la optimización de consumo de materias primas y energía, así como al uso de fuentes alternas de energía.

Materiales Avanzados y Nanoesctructuras: Polímeros, Catalizadores, Sensores y Adsorbentes.

El desarrollo de nuevos materiales avanzados y nanoestructurados, así como su aplicación en las diferentes áreas de la ingeniería química, tiene un gran impacto en el desarrollo de nuevos materiales de ingeniería, procesos químicos, sistemas de adsorción, biomateriales, dispositivos inteligentes y nuevos dispositivos para la detección de biomarcadores y contaminantes. Los elementos claves en la investigación y desarrollo de los nuevos materiales son por un lado los métodos de síntesis para obtener las características deseadas para cada aplicación, y por el otro el uso de técnicas de caracterización que permitan identificar la estructura y su relación con las características y la función de estos materiales. Ejemplos de las aplicaciones que se están desarrollando actualmente en el Posgrado en Ingeniería Química son: polímeros nanoestructurados con propiedades específicas como barrera a gases, semiconductores, adhesivos y bloqueadores; nanocatalizadores para procesamiento de biomasas y refinamiento de petróleo; sensores para detección de radicales libres en sistemas biológicos y adsorbentes avanzados para la remoción de contaminantes en sistemas acuosos.

Ingeniería Ambiental: Procesos de Oxidación Avanzada, Adsorción y Detección de Contaminantes

El agua es un recurso natural de vital importancia para el ser humano, flora y fauna. Por esta razón, la contaminación de las fuentes de agua con compuestos tóxicos representa un serio peligro para el medio ambiente y salud humana. Los compuestos tóxicos presentes en aguas residuales pueden ser de origen inorgánico y orgánico. Entre los primeros destacan los metales pesados y los más importantes son cadmio, cobre, cromo, níquel, plomo y zinc. Los compuestos orgánicos incluyen compuestos orgánicos recalcitrantes tales como pesticidas, fenólicos, orgánicos volátiles (VOC), polibifenilclorados (PCB) y productos farmacéuticos y de cuidado personal (cosméticos, productos de uso doméstico y fármacos).

La adsorción es uno de los métodos de tratamiento más empleados para eliminar compuestos orgánicos e inorgánicos presentes agua potable y residual industrial y municipal. Los adsorbentes naturales y sintéticos incluyen carbón activado, fibras de carbón activado, alúmina activada, arcillas naturales, organoarcillas, zeolita natural, zeolitas modificadas con surfactante, aserrín de madera y olote de maíz modificados, nanotubos de carbono y carbonizado de hueso.

La mayoría de los contaminantes orgánicos pueden ser eliminados mediante Procesos de Oxidación Avanzada (PAOs) con y sin oxidantes o reductores químicos, que involucran la generación y uso de especies transitorias, principalmente el radical hidroxilo HO•. Los radicales HO• oxidan a la materia orgánica hasta lograr su mineralización a CO2 y agua, y pueden ser generados por medios fotoquímicos (incluida la luz solar) y otras formas de energía.

La prevención de la contaminación se puede lograr localizando e identificando los posibles contaminantes por medio de dispositivos de detección para analizar in situ. En la última década, se han desarrollado varios detectores a partir de materiales novedosos que por su tamaño nanométrico presentan propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas excepcionales, algunos ejemplos son: nanotubos de carbono, quantum dots y silicio poroso entre algunos otros; estos materiales prometen alta sensibilidad y selectividad.