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Proyectos de Investigación

Desarrollo de materiales heteroestructurados basados en biocarbones con propiedades fotofuncionales para aplicaciones en procesos de descontaminación de aguas y desinfección




01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: María Carmen Hidalgo López / Francisca Romero Sarria
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122413NB-I00
Componentes: José Manuel Córdoba Gallego, Concepción Real Pérez, María Dolores Alcalá Gonzalez, José Antonio Navío Santos y Rosa Mosteo Abad (UNIZAR)
Grupo de Investigación: Fotocatálisis Heterogénea: Aplicaciones

En el presente proyecto de investigación se propone el desarrollo de sistemas fotocatalíticos heteroestructurados (ZnWO4/ZnO, WO3/AgBr, WO3/TiO2, Bi2WO6/TiO2, ZnBi2O4/ZnO, BixTiyOz) acoplados o soportados sobre biocarbones (procedentes de la pirólisis de restos de poda de olivo, cascarilla de arroz y hueso de aceituna y que permiten una vía de revalorización de estos residuos), el estudio de las diferentes variables y métodos de síntesis, su optimización, y su comportamiento fotocatalítico evaluado en la desinfección de aguas y eliminación de contaminantes emergentes. En los últimos años se han estudiado nuevos fotocatalizadores basados en materiales heteroestructurados, donde se desarrollan heterouniones de semiconductores para conseguir una mejor separación espacial de electrones y huecos fotogenerados, obteniendo mayores tiempos de vida de estos portadores, aumentando así la eficiencia de los sistemas. Aunque estos materiales han mostrado buena actividad fotocatalítica en diferentes sustratos estudiados, generalmente presentan valores de superficie específica moderados o bajos, y algunos tienen problemas de estabilidad tras pocos ciclos de reacción.
El proyecto propone el acoplamiento o soporte de estos fotocatalizadores heteroestructurados con biocarbones de diferentes características, con el objetivo de dotarlos de mayor área superficial y aumentar su eficacia y estabilidad para sus aplicaciones como fotocatalizadores; mejorando la capacidad de absorción, estrechando el bad-gap donde el biocarbón puede actuar como fotosensibilizador, mejorando el transporte de electrones, permitiendo una mejor separación de los portadores fotogenerados prolongando su vida útil y proporcionando estabilización y fotoestabilización a los sistemas.
Los biocarbones son materiales ricos en carbono que se obtienen mediante la calcinación de la biomasa en ausencia de oxígeno (pirólisis) y presentan interesantes propiedades, como gran área superficial y alta porosidad, y pueden ser modulados, mediante el control de las condiciones de operación, para obtener la cantidad y el tipo de grupos funcionales deseados en la superficie, hidrofobicidad o hidrofilicidad o diferentes pH superficial.
Los objetivos del proyecto incluyen la caracterización físico-química completa y la optimización de los fotocatalizadores
heteroestructurados/biocarbón para las aplicaciones propuestas bajo diferentes condiciones de operación, como iluminación solar o visible. Se evaluará la eficacia de cada sistema en la eliminación de contaminantes emergentes (antibióticos) y en la inactivación de microorganismos potencialmente patógenos habitualmente presentes en aguas.
La presencia de microorganismos patógenos en las aguas es un tema de especial preocupación debido al riesgo potencial de transmisión de enfermedades y, en consecuencia, es necesario el control microbiano en las aguas. Asimismo, los productos farmacéuticos y de higiene son ampliamente usados hoy en día, llegando hasta las aguas. Sus potenciales efectos adversos sobre la salud humana han llevado a catalogarlos como contaminantes ambientales relevantes de la clase de contaminantes emergentes El proyecto se aborda desde un punto de vista interdisciplinar y en el contexto de la economía circular, revalorizando un residuo (biomasa) para desarrollar fotocatalizadores que den solución a un problema (descontaminación y desinfección de aguas) mediante procesos respetuosos con el medio ambiente (fotocatálisis heterogénea).


DiSeño de catalizadores Multifuncionales para la conversión de gAs de síntesis Rico en CO2 en combusTibles líquidos sostenibles, en una única etapa, vía síntesis de FTS y HCR: SMART-FTS




01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón / Tomás Ramírez Reina
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2021-126876OB-I00
Componentes: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, Anna Dimitrova Penkova, Francisco Manuel Baena Moreno, José Rubén Blay Roger, Nuria García Moncada, Miriam González Castaño, Ligia Amelia Luque Álvarez
Grupo de Investigación: Química de Superficies y Catálisis

Siguiendo las indicaciones de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (UNSDG), es obligatorio tomar acción al respecto buscando alternativas de energía limpia y asequible (objetivo 7) para favorecer ciudades y comunidades sostenibles (objetivo 11) mientras se mitiga el cambio climático. cambio (objetivo 13). De hecho, Horizon Europe da prioridad a las tecnologías bajas y cero emisiones de carbono como objetivos clave para la próxima generación de Europa. Sobre la base de estas premisas, la biomasa, y en particular los residuos de biomasa, representan un prometedor sustituto de los combustibles fósiles y una excelente materia prima para la fabricación de combustibles bajos en carbono. Durante su breve ciclo de vida, todo el carbono de la biomasa proviene de la atmósfera y el suelo y se libera al medio ambiente cuando se quema. Por lo tanto, la biomasa se considera un combustible neutro en carbono. Además, los combustibles derivados de biomasa son hidrocarburos de alta densidad energética que son ideales para vehículos de aviación, marítimos y pesados, a diferencia de las baterías y los dispositivos electroquímicos, que son adecuados para aplicaciones más ligeras y, por lo tanto, complementarios de los biocombustibles. En pocas palabras, no podemos hacer volar un avión con baterías durante largas distancias, pero podemos alimentarlo con biocombustibles sostenibles. Por lo tanto, los biocombustibles de biomasa están destinados a desempeñar un papel clave en la descarbonización del sector del transporte. Además, ofrecer una segunda vida a los biorresiduos es crucial para algunas comunidades (es decir, la agricultura y el sector agrícola) cuyos horizontes de mercado pueden expandirse convirtiendo un "residuo" problemático en "precursores de biocombustibles" rentables. En este sentido, SMART-FTS trae conceptos disruptivos sobre la producción de biocombustibles a partir de bio-syngas para impulsar la descarbonización del transporte en armonía con la estrategia de economía circular.


Fabricación de materiales porosos de base hierro con características refractarias para sistemas de purificación, uso y almacenaje de hidrógeno (FePoMat2)




01-09-2022 / 31-08-2026



Investigador Principal: Ranier Enrique Sepúlveda Ferrer (US) / Ernesto Chicardi Augusto (US)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-123010OB-I00
Componentes: Dr. Antonio Gabriel Paúl Escolano (US), Dr. Jesús Hernández Saz (US), Dr. Krishnakumar Balu (US) ICMS: Dr. Francisco José Gotor Martínez
Grupo de Investigación: Reactividad de Sólidos

Reactores estructurados no convencionales para el craqueo catalítico de metano libre de CO2




01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: EU240226_01
Componentes: Maria Isabel Domínguez Leal, Leidy Marcela Martínez Tejada, Svetlana Ivanova
Grupo de Investigación: Química de Superficies y Catálisis

STORMING desarrollará reactores estructurados innovadores calentados con electricidad renovable, para convertir CH4 fósil en H2 libre de CO2 y en nanomateriales de carbono de alto valor para aplicaciones de baterías. Más específicamente, se desarrollarán catalizadores innovadores basados en Fe, altamente activos y fácilmente regenerables mediante procesos que no generen residuos, a través de un protocolo de diseño racional de catalizadores, que combina estudios teóricos (Teoría del Funcional de la Densidad y Cálculos de Dinámica Molecular) y experimentales (cluster), todos de ellos asistidos por caracterización in situ y operando y herramientas de Machine Learning. La electrificación (con calentamiento por microondas o por efecto joule) de reactores estructurados, diseñados por fluidodinámica computacional y preparados mediante impresión 3D, permitirá un control térmico preciso que dará como resultado una alta eficiencia energética. El proyecto validará, en un nivel 5 de TRL, la tecnología catalítica más prometedora (elegida con criterios tecnológicos, económicos y ambientales) para producir H2 con eficiencia energética (> 60 %), cero emisiones netas y con un coste hasta un 10 % menor al del proceso convencional. La difusión y comunicación de los resultados impulsará la aceptación social de las tecnologías relacionadas con el H2 y la participación de las partes interesadas en la explotación y el despliegue de procesos a corto plazo. La clave para alcanzar los desafiantes objetivos de STORMING es el muy alto grado de complementariedad e interdisciplinaridad de los grupos que forman el consorcio, donde las ciencias básicas y aplicadas se fusionan con la ingeniería, la informática y las ciencias sociales. El Grupo del ICMS implicado llevará a cabo el desarrollo del catalizador desde la preparación de los catalizadores en polvo hasta su washcoating sobre soportes estructurados. CSIC participa como miembro del consorcio, participando la Universidad de Sevilla como entidad asociada.

https://cordis.europa.eu/project/id/101069690

Storming - Unión Europea

Storming - ICMS


Biosondas basadas en lantánidos para la obtención de bioimagen mediante resonancia magnética y luminiscencia persistente




01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto / Manuel Ocaña Jurado
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122328OB-100
Componentes: Nuria O. Núñez Álvarez
Grupo de Investigación: Materiales Coloidales

El objetivo general de este proyecto es el desarrollo de nuevos agentes de contraste (CAs) para mejorar el diagnóstico médico mediante el uso de dos técnicas avanzadas de imagen como la resonancia magnética (MRI) y la imagen luminiscente. Específicamente, se planea desarrollar CAs de MRI duales (T1-T2) y sondas con luminiscencia persistente (PersL). La obtención de dos imágenes de resonancia (denominadas imagen promediada en T1 y en T2) es muy útil pues ayuda a eliminar falsos positivos mediante la validación cruzada de ambas. La ventaja de los agentes de contraste de MRI duales frente a los simples es que un único agente permite obtener los dos tipos de imágenes, evitando así la exposición del paciente a dos agentes externos. Por su parte, el empleo de sondas con PersL para la obtención de imagen luminiscente permite mejorar notablemente la relación señal ruido de la imagen puesto que, al irradiar la sonda fuera del organismo, se evita la autofluorescencia de los tejidos biológicos. Además, la eliminación de la irradiación directa (normalmente luz ultravioleta) evita daños a dichos tejidos. Ambos tipos de CAs (MRI y PersL) consistirán en nanopartículas (NPs) uniformes de diversas matrices inorgánicas cuidadosamente seleccionadas basadas en cationes lantánidos, cuyas propiedades magnéticas y luminiscentes los hacen ideales para las aplicaciones perseguidas. En cuanto a los CAs de MRI, se abordarán dos tipos de arquitecturas consistentes en NPs de fase única, donde los lantánidos activos en T2 (Dy3+) y en T1 (Gd3+ o Mn2+) se encuentran en disolución sólida, y NPs con arquitectura core-shell, donde los iones T2 se localizan en el núcleo y los T1, en la corteza. En ambos casos, se ensayarán matrices de fosfato, vanadato y molibdato, que han mostrado ser adecuadas en el caso de CAs de MRI simples. Por su parte, en el caso de las sondas para imagen luminiscente se planea sintetizar, en forma de NPs uniformes, diversos compuestos que han mostrado excelente luminiscencia persistente pero que hasta el momento solo se han fabricado en forma másica, no adecuada para aplicaciones biomédicas. Concretamente se abordarán diversas matrices de germanato y galato dopadas con iones lantánidos (Pr3+, Yb3+) que emiten luz infrarroja dentro de las ventanas biológicas, donde la radiación no es absorbida por los tejidos biológicos, aumentando así su capacidad de penetración y facilitando por tanto la obtención de la bioimagen. Ambos tipos de NPs (CAs duales T1-T2 y NPs con PersL) serán sometidas a procesos de funcionalización y bioconjugación para para dotarlas de estabilidad coloidal y de capacidad de reconocimiento de tumores específicos. Se analizará asimismo su biocompatibilidad mediante el análisis de la citotoxicidad y, finalmente, los CAs óptimos se aplicarán en la obtención de imagen de resonancia magnética e imagen luminiscente, in vitro e in vivo, utilizando ratones como modelo. El equipo investigador posee sobrada experiencia en la síntesis de NPs inorgánicas basadas en elementos lantánidos y dispone de la mayoría de los medios necesarios para su caracterización morfológica, estructural y química, así como para el estudio de sus propiedades luminiscentes. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del proyecto relacionadas con los estudios de bioconjugación, biocompatibilidad y registro de imagen, lo que garantiza el correcto desarrollo del mismo.


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