Maestría en Ingeniería Química

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Síntesis de catalizadores de níquel por deposición de láser pulsado para metanación de dióxido de carbono
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-22) Rincón Ortiz, Sergio Andrés; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; García Sánchez, Julieth Tatiana; Torres Cerón, Darwin Augusto; Duarte Duarte, Diana Paola
La hidrogenación de dióxido de carbono (CO2) constituye una alternativa prometedora para disminuir su impacto ambiental, al transformarlo en productos de mayor valor agregado. Entre las rutas propuestas, la metanación del CO2 destaca por permitir la conversión de este gas en metano (CH4), un combustible de interés energético. Tradicionalmente, los catalizadores empleados en esta reacción son sistemas Ni/Al2O3 preparados mediante métodos húmedos convencionales; sin embargo, estas técnicas generan residuos peligrosos y requieren múltiples etapas de síntesis. Como alternativa sostenible, este trabajo propone el uso de deposición por láser pulsado (PLD) para la preparación de catalizadores de níquel soportados en γ-Al2O3, evaluando cómo la energía del láser y el tiempo de ablación influyen en la cantidad de metal depositado, su distribución superficial y su comportamiento catalítico. Se sintetizaron seis materiales variando la energía (200 y 300 mJ) y el tiempo de deposición (5, 7 y 9 min). Los catalizadores fueron caracterizados mediante absorción atómica (AA) para determinar el contenido metálico, microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía EDS para estudiar la morfología y la distribución del níquel, fisisorción de N2, para analizar las propiedades texturales, difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía Raman para identificar las fases presentes, reducción a temperatura programada (TPR) para evaluar la reducibilidad y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) para determinar el estado químico superficial. Los resultados mostraron que tanto la energía como el tiempo de deposición influyen directamente en la cantidad y el estado superficial del níquel. Solo el catalizador sintetizado a 300 mJ y 9 minutos presentó suficiente contenido metálico detectable por SEM-EDS y XPS, así como un mayor porcentaje de Ni0 tras la reducción. Este material fue el único que exhibió actividad catalítica apreciable en la hidrogenación de CO2, mostrando un comportamiento comparable al catalizador de referencia preparado por impregnación húmeda, pero requiriendo menor consumo de hidrógeno durante la etapa de activación.
Evaluación del riesgo de acidificación del proceso de co-digestión anaeróbica de la pulpa y aguas mieles de café con estiércol bovino en un biodigestor tubular en operación semicontinua
(Universidad Industrial de Santander, 2025-12-11) Garay Jácome, María Paula; Escalante Hernández, Humberto; Castro Molano, Liliana del Pilar; Rojas Pérez, Lilia Carolina; Pages Díaz, Jhosané
El café se posiciona como uno de los productos más relevantes a nivel mundial, con una comercialización superada únicamente por la del petróleo. Además, el café es la segunda bebida más consumida a nivel global, después del agua (J. Cerino-Córdova et al., 2020). En 2020, la producción mundial de café alcanzó aproximadamente 10.5 millones de toneladas (de Oliveira Fernandes et al., 2025) y en Colombia, la producción anual se estima en 0.84 millones de toneladas, representando cerca del 10.26% del producto interno bruto (PIB) agropecuario del país (FNC, 2025; León Chilito et al., 2025). En muchos países productores de café, particularmente en Latinoamérica, el procesamiento tradicional del café se lleva a cabo mediante la fermentación húmeda (Figura 1), donde el agua actúa como el principal medio para facilitar la extracción de la semilla (Rattan et al., 2015). Se estima que la producción de una taza de café estándar (125 mL) requiere aproximadamente 140 L de agua a lo largo de toda la cadena de producción (Chapagain & Hoekstra, 2007). Una alternativa viable y económicamente sostenible para la gestión de residuos orgánicos es la digestión anaeróbica (DA) (Kampioti & Komilis, 2022), un proceso bioquímico en el cual un consorcio microbiano transforma la materia orgánica en una mezcla de gases conocida como biogás con un alto poder calorífico (entre 4,700 a 5,500 kcal/m3), compuesta principalmente por metano (50%-70%), dióxido de carbono (40%-20%) y otros gases como el ácido sulfhídrico, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua (Zamri et al., 2021). Además, el proceso de DA genera como subproducto un efluente líquido conocido como digerido, el cual puede ser utilizado como fertilizante debido a que es rico en nutrientes (Abad et al., 2019). La DA es un método de conversión bioquímica que permite reducir la carga orgánica de los residuos y mitigar su impacto al medioambiente. El proceso de DA se lleva a cabo a través de 4 etapas metabólicas denominadas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. En cada una de estas etapas interviene un consorcio microbiano conformado por diferentes poblaciones típicas de microorganismos como las bacterias fermentativas, las acetogénicas y las arqueas metanogénicas (R. Xu et al., 2018). De esta manera la DA contribuye a la reducción de emisiones de gases efecto invernadero y, en sistemas rurales no centralizados, mejora la independencia energética de los productores, promoviendo la economía circular agroindustrial en países en desarrollo (Jaimes-Estévez et al., 2022). Teniendo en cuenta la naturaleza ácida de los residuos del beneficio húmedo del café representa una limitación operativa para su procesamiento mediante DA debido al riesgo de acumulación de metabolitos intermedios como los AGV. Por lo tanto, el propósito de esta investigación fue evaluar el riesgo de acidificación en el proceso de CoDA de los residuos de café -caracterizados por su rápida biodegradabilidad- en mezcla con estiércol bovino, para analizar la producción ácidos grasos volátiles durante la co-digestión anaeróbica de residuos de café (pulpa y aguas mieles) con estiércol bovino permite identificar el comportamiento de la carga orgánica en operación semicontinua. En consecuencia, en esta investigación se evaluó el riesgo de acidificación en la CoDA de P y AM en mezcla con EBF, empleando biodigestores tubulares a escala banco y bajo condiciones semicontinuas. Aunque los resultados evidenciaron limitaciones en el desempeño de los sistemas, el estudio constituye un aporte al campo científico al proporcionar conocimiento sobre los factores de inhibición de la tecnología de DA y una línea base para la difusión de conocimientos en granjas cafeteras en Colombia alineado con los principios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030.
Desarrollo de un biosensor electroquímico usando un péptido como elemento de reconocimiento biológico inmovilizado en nanotubos de carbono para la detección de mercurio en matrices acuosas
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-18) Galvis Vargas, María Alejandra; Pedraza Avella, Julio Andrés; Ropero Vega, José Luis; Flórez Castillo, Johanna Marcela; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Sánchez Torres, Viviana
En esta investigación se desarrolló un biosensor electroquímico basado en péptidos para la detección de iones de mercurio (Hg²⁺) en medios acuosos, con el objetivo de avanzar hacia herramientas analíticas más sensibles, selectivas y sostenibles, aplicables al monitoreo de aguas contaminadas por actividad minera. La metodología integró herramientas de modelado molecular para seleccionar la secuencia peptídica DGPEFER, la cual mostró alta afinidad por Hg²⁺. Esta secuencia fue inmovilizada sobre nanotubos de carbono (MWCNT) depositados en electrodos serigrafiados, optimizando las condiciones de modificación mediante ensayos electroquímicos. La caracterización fisicoquímica confirmó una adecuada funcionalización de la superficie del electrodo, y las pruebas electroanalíticas en un medio de pH neutro demostraron que el biosensor presenta un comportamiento lineal en un rango de 0,35 a 10,0 ppm de Hg²⁺, con un límite de detección de 0,011 ppm. La evaluación de la estabilidad y reproducibilidad del biosensor, reportó un desempeño adecuado bajo condiciones controladas de limpieza y regeneración del electrodo. Además, se estudió la selectividad frente a otros iones presentes en efluentes mineros, como Pb²⁺ y Mn²⁺, demostrando una respuesta preferencial hacia Hg²⁺. Este trabajo representa un avance en el desarrollo de plataformas electroquímicas basadas en péptidos, sentando las bases para futuras mejoras en sensibilidad, miniaturización y aplicación en campo para la detección de mercurio en aguas contaminadas.
Evaluación del potencial de la cogeneración de hidrógeno verde como alternativa para el aprovechamiento de los vertimientos de energía en la represa del río Cauca, en el departamento de Antioquia
(Universidad Industrial de Santander, 2025-11-10) Dallos Rueda, Diego Fernando; Jaramillo Gutiérrez, María Inés; Pedraza Avella, Julio Andrés; Sánchez Torres, Viviana; Ordóñez Plata, Gabriel
La escasez de recursos energéticos es una realidad innegable, y el ser humano, como principal responsable de esta crisis, no progresa con la misma rapidez que lo hace el cambio climático. En este sentido, potenciar el uso de las fuentes existentes de energía limpia constituye un pilar fundamental para mitigar la crisis inclemente generada por el consumo desmedido de los combustibles fósiles. Esta investigación evalúa el potencial de la producción de hidrógeno verde aprovechando los vertimientos de energía en la represa del río Cauca, en el departamento de Antioquia a partir de electrólisis del agua. Esta tecnología se presenta como una alternativa prometedora, especialmente cuando el H2 se genera utilizando los excedentes energéticos en las centrales hidroeléctricas. La metodología se estructuró en 3 etapas: (1) recopilación y análisis de la información sobre los vertimientos de energía, lo que permitió establecer y dimensionar la tecnología comercial de electrólisis alcalina como la opción de mejor desempeño; (2) simulación del proceso en el software ASPEN PLUS, donde se modeló una planta con una capacidad de producción anual de 3.055 toneladas de H2 verde al año y un consumo energético específico de 73,28 kWh/kgH2; (3) evaluación del potencial del hidrógeno almacenado, determinando que una planta operando 8 horas diarias durante un año y almacenando el 1% del gas producido podría generar 220.575 kWh de electricidad en temporadas de sequía, energía suficiente para abastecer 1.405 hogares con un consumo promedio de 157 kWh/mes. Los resultados indican que la cogeneración de H2 verde es una alternativa que presenta un gran potencial para disminuir el consumo de combustibles fósiles a nivel nacional. No obstante, no es posible mitigar en su totalidad la escasez energética en temporadas de sequía para el Departamento, debido a las implicaciones técnicas y retos que se presenta el H2 para su almacenamiento.
Evaluación reológica y magnetoreológica de emulsiones magnéticas
(Universidad Industrial de Santander, 2025-10-31) Gómez Sanabria, Valentina; Chaves Guerrero, Arlex; Contreras Mateus, María Daniela; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Guerrero Amaya, Hernando; Álvarez Solano, Óscar Alberto
La incorporación simultánea de surfactantes y nanopartículas en sistemas emulsificados ha despertado un creciente interés por su posible sinergia en la mejora de la estabilidad coloidal y permitir el desarrollo de materiales dinámicamente controlables mediante estímulos externos. En este trabajo se llevó a cabo un estudio integral orientado a evaluar la estabilidad, así como las propiedades reológicas y magnetoreológicas de emulsiones bajo diferentes configuraciones de campo magnético: estático uniforme (magneto-reómetro) y estático/oscilatorio linealmente creciente (sistema de flujo a escala de laboratorio). Inicialmente, se prepararon emulsiones O/W utilizando ferrofluidos (Fe3O4-keroseno), dispersos en soluciones acuosas de surfactantes de distinta naturaleza: cloruro de hexadecilpiridinio monohidratado (catiónico) y Tergitol NP-40 (no iónico). La formulación fue ajustada sistemáticamente mediante la variación de las concentraciones de surfactante y ferrofluido, identificándose como condición más favorable aquella correspondiente a 3.5 % p/v de hexadecilpiridinio y 5000 ppm de ferrofluido, al ofrecer un equilibrio óptimo entre una alta estabilidad física (>6 meses) y una respuesta magnetoviscosa significativa (∆η/η0 = 8.25, para 0 < B < 796.73 mT). Adicionalmente, los ensayos en el sistema de flujo revelaron que únicamente bajo la aplicación de un campo magnético oscilatorio (200 Hz–0.226 A) fue posible inducir una aceleración del flujo volumétrico de la emulsión, posiblemente asociada a efectos de viscosidad negativa. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación comparativa del efecto del tipo, tamaño y morfología de las nanopartículas sobre las propiedades reológicas y magnetoreológicas de las emulsiones. Para ello, se sintetizaron nanopartículas de ferrita de cobalto (CoFe2O4) mediante descomposición térmica, controlando su tamaño y morfología mediante la variación de la relación volumétrica entre los surfactantes (ácido oleico y oleilamina) y el volumen del solvente. Los resultados demostraron que el tamaño de las nanopartículas incide directamente en la rigidez estructural de la emulsión, mientras que una morfología cúbica, en particular, favorece una mejora sustancial en la respuesta magnetoreológica en comparación con nanopartículas esféricas de Fe3O4.
Influencia de las variables agroclimáticas sobre las características fisicoquímicas y funcionales de cinco genotipos de papa diploide (Solanum tuberosum grupo Phureja) y sus potenciales usos
(Universidad Industrial de Santander, 2025-09-02) Mora Vergara, Lía Zamara; López Giraldo, Luis Javier; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Cerón Lasso, María del Socorro; Rojas Pérez, Lilia Carolina; Carreño Olejuela, Ariel René
Esta investigación evaluó el efecto del genotipo y las condiciones agroclimáticas (CAC) sobre las características fisicoquímicas y funcionales de cinco genotipos de papa diploide (Solanum tuberosum grupo Phureja) y la variedad Criolla Colombia como testigo, en muestras crudas. Los genotipos fueron sembrados en cuatro localidades de Santander y Norte de Santander: Chitagá, Concepción 1 y 2 y Mutiscua; para evaluar la composición, estabilidad en los localidades evaluadas y el uso potencial. Los genotipos presentaron un alto contenido promedio de almidón (85.75 g/100 g) y de compuestos funcionales destacados como ácido clorogénico, ácido cafeico, vitamina C, hierro, zinc (178.78; 17.60; 97.18; 2; 1.32 mg/100 g, respectivamente), capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC - 59.56 μmol ETrolox/g) y carotenoides totales (61.06 μg/100 g); superando a la variedad testigo (84.01 g/100 g; 109.84 mg/100 g; 12.21 mg/100 g; 96.62 mg/100 g; 1.84 mg/100 g; 1.09 mg/100 g, 43.31 μmol ETrolox/g y 46 μg/100 g, respectivamente). La interacción genotipo x CAC influyó significativamente en todas las variables estudiadas. Según el análisis AMMI (Additive Main effects and Multiplicative Interaction Analysis), la interacción explicó el 68.83% y 87.73% de la variabilidad en ácido clorogénico y carotenoides totales, respectivamente. Las CAC fueron determinantes en la variabilidad del almidón (61.41%), hierro (79.84%) y vitamina C (57.20%), mientras que el efecto del genotipo sobre el contenido de proteína (45.30%) fue mayor que el de las CAC. El clon 9 fue identificado como el genotipo más prometedor por su balance entre estabilidad y altos contenidos de compuestos funcionales, especialmente ácido clorogénico y carotenoides, lo que lo hace ideal para aplicaciones en alimentos funcionales y productos procesados con antioxidantes naturales. Este estudio resalta las ventajas fisicoquímicas y funcionales de los nuevos cultivares recientemente adaptados a Santander y Norte de Santander en comparación con la variedad comercial, su estabilidad en distintos ambientes y su potencial para diversas aplicaciones.
Síntesis y desarollo de membranas poliméricas composites de alto rendimiento para la captura de CO₂
(Universidad Industrial de Santander, 2025-09-09) Velasco Rueda, María Valentina; Muvdi Nova, Carlos Jesús; Jonquières, Anne; Nabarlatz, Débora Alcida; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
Para abordar los desafíos asociados al cambio climático y al calentamiento global, los procesos de separación mediante membranas se consideran soluciones industriales innovadoras. Entre los diferentes materiales poliméricos empleados en membranas, las membranas de matriz mixta (MMM, por sus siglas en inglés) resultan altamente prometedoras para la captura de CO₂. En este trabajo, se seleccionó como nueva matriz polimérica elastomérica un poli(urea-imida) segmentado con un alto contenido de poli(óxido de etileno) (70 % en peso), el cual fue dopado con la estructura metal-orgánica ZIF-8. La introducción de esta nueva matriz polimérica, junto con la optimización del método de “preacondicionamiento” (priming), permitió alcanzar cargas de ZIF-8 excepcionalmente elevadas, hasta un 70 % en volumen. Se emplearon diversos métodos fisicoquímicos para estudiar la influencia de las interacciones entre el relleno y el polímero sobre la morfología de la membrana. Las propiedades de permeación de CO₂ y N₂ se evaluaron mediante mediciones de time-lag para gases puros, bajo condiciones estándar de captura postcombustión de CO₂ (2 bar y 35 °C). Se obtuvieron resultados muy prometedores para la carga más alta de ZIF-8 (70 % vol), con un incremento significativo en la permeabilidad al CO₂ (PCO₂ = 471 Barrer, equivalente a un aumento de 8.5 veces en comparación con el polímero sin modificar) y una selectividad ideal relativamente alta (αCO₂/N₂ = 30.2). El modelado del desempeño de las MMM se llevó a cabo exitosamente mediante el modelo de Maxwell, logrando un buen ajuste incluso para contenidos elevados de ZIF-8 (hasta 60 % vol).
Efecto del tratamiento alcalino de ilmenita natural sobre sus características superficiales, comportamiento fotoelectroquímico y afinidad por el CO2 para su conversión fotocatalítica
(Universidad Industrial de Santander, 2025-08-24) Vera Peña, Jennifer Ximena; Pedraza Avella, Julio Andrés; Cañas Martínez, Diana Marcela; Vázquez Samperio, Juvencio; Morales Valencia, Édgar Mauricio; Acevedo Peña, Próspero
En el presente trabajo se modificó ilmenita natural proveniente de un depósito colombiano de arenas negras mediante impregnación en soluciones acuosas de hidróxidos (NaOH, KOH) o carbonatos (Na2CO3, K2CO3) a diferentes concentraciones (1,0; 3,0; 5,0 % p/p). Las mediciones de potencial Z y distribuciones de afinidad protónica permitieron identificar la modificación de los grupos hidroxilo superficiales tras el tratamiento alcalino. Los resultados en mención fueron confirmados mediante espectroscopia FTIR que, a su vez, evidenciaron la presencia de aniones carbonato y bicarbonato en los materiales obtenidos usando soluciones de carbonatos. Se evidenció mediante espectros XPS de alta resolución Na 1s, K 2p y O 1s los enlaces Na-O y K-O. Las isotermas de fisisorción de CO2 mostraron la mejora en la capacidad de adsorción de dióxido de carbono tras el tratamiento alcalino, en relación con, el aumento en la disponibilidad sitios ácidos de Lewis (Na+, K+), el grado de hidroxilación y iones carbonato/bicarbonato en superficie. Las pruebas fotocatalíticas se llevaron a cabo en agua ultrapura, donde, se evidenció la formación de compuestos C2 y C3, como: el ácido fórmico, butanol y ácido acético; en la fase líquida de la reacción mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. En dichos materiales, se identificó el desplazamiento en la posición de las bandas puede inferir la presencia de niveles energéticos adicionales que impedirían la recombinación del par e-/h+ y favorecer la formación de productos derivados del carbono.
Gasificación de residuos plásticos provenientes del AMB para la producción de energía eléctrica: un estudio de simulación a escala piloto
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-20) Carreño Villarreal, Lynda Valentina; Morales Medina, Giovanni; Oviedo Ocaña, Édgar Ricardo; Escalante Hernández, Humberto
Con la finalidad de aprovechar una fracción de los Residuos plásticos generados en el área metropolitana de Bucaramanga (AMB), se propone un modelo de simulación a escala piloto para la gasificación de plásticos compuestos que se reportan el Planes de gestión integral de residuos sólidos de Bucaramanga principalmente constituido por: propileno de bajo densidad (LDPE), con un 38,59% del total, PET (15,79%), poliestireno (PS) con un 16,69%, polietileno de alta densidad (HDPE) 10,89%. El PP Polipropileno 4,59%. Logrando un rendimiento del 68 respecto a los residuos, generando 23,7 kg/h de gas de síntesis, con una diferencia del 8.4% y 2.4% respectivamente comparado con datos experimentales. Integrando un ciclo Rankine se evaluó la proyección de producción eléctrica la cual fue de 570 kW. Logrando abastecer aproximadamente a 380 hogares de la región. Con emisiones anuales cercanas a 264 toneladas de CO₂ equivalente. Así mismo, re realizó un análisis de sensibilidad revelando que el aire como agente gasificante, a una temperatura óptima de 1073 K y una relación aire/residuo de 1,4, maximiza la producción de energía, alcanzando hasta 1000 kW. Se estima que esta tecnología tendría unos costos de inversión de 3,04 millones de USD para los Capex, donde el gasificador representa el mayor costo (54,6%), 742 mil USD para los costos operativos anuales y el costo de manufactura (COM) totalizó 2,07 millones USD. A pesar de estos costos, el análisis financiero con una TIR del 10% arrojó un VPN negativo de -0,75 millones USD, indicando necesidad de ajustes para viabilidad económica. Finalmente se propone un mapa de ruta tecnológica con implementación progresiva hasta 2050, basada en viabilidad técnica, económica y ambiental, promoviendo la valorización y gestión responsable de residuos plásticos.
Evaluación de la bioaccesibilidad in vitro y aceptabilidad sensorial de harinas a base de papa fortificadas con hierro hemo microencapsulado
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-18) Páez Madariaga, Oliva Yineth; Sánchez Torres, Viviana; López Giraldo, Luis Javier; Nabarlatz, Débora Alcida; Cuarán, Viviana Lucía
La fortificación de alimentos con hierro es una estrategia para reducir la deficiencia de hierro en niños. Generalmente, se utiliza como fuente de hierro sulfato ferroso, el cual corresponde a la categoría de hierro no hemo. En esta investigación se desarrolló una harina de papa fortificada con hierro hemo proveniente de sangre de bovino. La población objetivo de este estudio son los niños menores de 5 años pertenecientes a los municipios de Saboyá y Siachoque. A través de encuestas, los padres de familia manifestaron interés en una harina a base de papa para preparar coladas y galletas con ellas. Se evaluó el efecto de la cáscara y el pretratamiento de escaldado con y sin adición de ácidos, en las características fisicoquímicas, funcionales y sensoriales de la harina de papa; como resultado se obtuvo que la presencia de cáscara incrementó un 20,6% la capacidad de absorción de agua. El escaldado con ácidos disminuyó en el contenido de zinc y potasio en un 40,7%, 76,8%, respectivamente, en la harina sin cáscara escalda con ácidos. La presencia de cáscara y ácidos no presentó diferencia significativa en el análisis sensorial. Para la fortificación de la harina se obtuvo hierro hemo con y sin encapsulamiento y se cubrió el 20% del valor diario recomendado. Posteriormente, se elaboraron coladas y galletas con el fin de evaluar la bioaccesibilidad in vitro del hierro. Como resultado se obtuvo que la encapsulación no presentó diferencia significativa en la bioaccesibilidad de las galletas fortificadas y en las coladas encapsuladas presentó una mayor bioaccesibilidad en comparación con la colada fortificada sin encapsular. En cuanto a la evaluación sensorial, las coladas obtuvieron una mejor aceptación que las galletas.
Evaluación experimental de formulaciones a base de surfactantes para la recuperación de un crudo pesado colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-26) Lozada Campo, Ana María; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Rondón Antón, Miguel; Avendaño Benavides, Jorge Antonio; Pedraza Avella, Julio Andrés
La combinación de surfactantes puede contribuir a la reducción de la tensión interfacial, inducir a un cambio en la mojabilidad e incrementar el factor de recuperación de petróleo pesado, siempre que exista una interacción sinérgica entre sus moléculas. En particular, cuando se combinan surfactantes aniónicos y no iónicos, una ventaja adicional es la estabilidad ante cambios en las condiciones fisicoquímicas, como la temperatura y la salinidad. El objetivo de este estudio fue desarrollar formulaciones de mezclas binarias de surfactantes para evaluar su eficiencia en procesos de inyección cíclica. En primera instancia se llevó a cabo la evaluación de 24 surfactantes, clasificados en tres categorías: aniónicos, no iónicos y anfótero, a través de tensiometría interfacial. La fase acuosa se preparó disolviendo los surfactantes en salmuera sintética con una salinidad de 1039 ppm, mientras que la fase oleosa consistió en un crudo pesado con una gravedad API de 12. Posteriormente, se establecieron mezclas binarias con la finalidad de obtener sistemas con TIF<0,1 mN/m . Adicionalmente, se llevaron a cabo pruebas de adsorción estática, ángulo de contacto e imbibición espontánea en celdas de Amott para evaluar el comportamiento sólido/fluido de estas formulaciones. Los resultados mostraron que cuatro formulaciones basadas en mezclas de surfactantes aniónicos/no iónicos, con variación en su proporción volumétrica, lograron disminuir la tensión interfacial hasta dos órdenes de magnitud. Las mediciones del ángulo de contacto indicaron que la adsorción de surfactantes mejora la hidrofilización de la superficie sólida al emplear todas las formulaciones. Además, las pruebas de imbibición espontánea revelaron que el rendimiento de recuperación de crudo pesado mejora a medida que aumenta el contenido de surfactantes aniónicos. Finalmente, las pruebas de desplazamiento en modalidad cíclica revelaron que las formulaciones evaluadas permitieron obtener un factor incremental de petróleo del 11%, lo cual sugiere que esta tecnología, a escala industrial, podría mejorar la eficiencia en la extracción de crudo pesado.
Síntesis verde de nanopartículas de cobre y/o plata y su evaluación como agente biocida para el control de las bacterias patógenas Escherichia coli (ATCC® 25922)
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-26) Guerrero Rodríguez, Julián Mauricio; Nabarlatz, Debora Alcida; Sánchez Torres, Viviana; Viejo Abrante, Fernando
Este estudio evaluó el uso de extractos acuosos de residuos agroindustriales como agentes reductores y estabilizantes en la síntesis verde nanopartículas metálicas (CuNps, AgNps y CuAgNps) como alternativa para el control de la bacteria patógena Escherichia coli ATCC® 25922. La investigación se desarrolló en tres etapas: (i) selección de residuos agroindustriales y obtención de extractos mediante maceración y Soxhlet, optimizadas a través de diseño de experimentos para maximizar la capacidad de reducción del ion Cu+2; (ii) síntesis y caracterización de nanopartículas, aplicando diseño experimental para optimizar variables criticas (pH, concentración de extracto y sal metálica, tiempo de reacción), evaluando sus propiedades fisicoquímicas por espectrofotometría Uv-Vis, DLS, y SEM-EDX; y (iii) evaluación de su actividad antibacteriana in vitro, determinando la concentración mínima inhibitoria por microdilución en caldo. El extracto de semilla de mora (SM), obtenido por maceración acida presentó la mayor capacidad reductora. A partir de este extracto se sintetizaron las nanopartículas bajo condiciones optimizadas (10 mM de sal metálica, 75% v/v de extracto, pH 12 y 120 min de reacción). Las AgNps mostraron tamaños promedio de 113,17 ± 1,71 nm, morfología ligeramente esférica y mayor contenido metálico (15,82%), a diferencia de las CuNPs y CuAgNPs, que fueron más grandes y con menor proporción metálica. Las pruebas antimicrobianas revelaron que únicamente las AgNps evidenciaron actividad al inhibir parcialmente el crecimiento de E. coli ATCC® 25922 durante las primeras 4 horas de incubación, mientras que las CuNps y CuAgNps no mostraron actividad significativa, atribuida a su baja concentración, mayor tamaño y composición metálica limitada. Estos hallazgos evidencian el potencial de los extractos derivados de residuos agroindustriales en la síntesis sostenible de nanopartículas y resaltan los desafíos asociados a la optimización de sus propiedades fisicoquímicas para mejorar su eficiencia biocida y aplicación antimicrobiana frente a microrganismos patógenos.
Efecto de la modificación superficial de ilmenita natural (FeTiO3) con heteropoliácidos en la remoción fotoactivada de arsénico
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-07) Córdoba Miranda, Stefanny; Pedraza Avella, Julio Andrés; Cañas Martínez, Diana Marcela; Vásquez Samperio, Juvencio; Viejo Abrante, Fernando; Córdoba Tuta, Elcy María
Ilmenita natural (FeTiO3) fue modificada superficialmente con ácido fosfotúngstico “PTA” (H3PW12O40) con el objetivo de disminuir la tasa de recombinación de los pares electrón/hueco y potenciar su desempeño fotocatalítico en la oxidación de As(III) a As(V). La modificación se realizó mediante un proceso físico de impregnación húmeda variando la relación PTA/FeTiO3 adicionado (0,2, 0,3 y 0,4 g PTA/ g FeTiO3) y la relación volumétrica etanol:agua del medio de impregnación (R.V. 2:1, 1:1 y 1:2). El porcentaje de heteropoliácido impregnado en la superficie de la ilmenita fue medido indirectamente a través de la medición de W por espectroscopía de absorción atómica (AAS) y se observó una relación directamente proporcional entre la cantidad de PTA impregnado y el volumen de agua en el medio. Los materiales obtenidos fueron analizados mediante UV-Vis DRS para determinar su ancho de banda prohibida (Eg) y gráficas Mott-Schottky para calcular la densidad de portadores de carga y la posición del potencial de banda plana. La construcción del diagrama de bandas permitió observar que el Eg de los materiales aumentó en una proporción de 0,04 eV y que este cambio se debió principalmente al desplazamiento de la banda de valencia a valores más positivos de potencial debido a la impregnación con aniones fosfotúngstico. Experimentos de potencial de circuito abierto (OCP) en luz y oscuridad demostraron que los materiales son semiconductores tipo n y que, una vez detenida la iluminación, los materiales se mantienen reducidos. Así mismo, en las pruebas de fotocorriente realizadas se observó que los materiales modificados exhibieron un mayor flujo de electrones fotogenerados y que la estabilidad de estos e- se mantuvo en el tiempo. Las pruebas fotoelectroquímicas aplicadas mostraron que el PTA actúa como sitios de almacenamiento de electrones, lo que se vio reflejado en una disminución en la foto-respuesta de la ilmenita ante la incidencia de luz visible, así como una separación más eficiente de los pares electrón/hueco. Esta mejora electroquímica se manifiesta en el aumento de la eficiencia fotocatalítica de los materiales modificados en la foto-oxidación de As(III) a As(V), los cuales exhibieron una eficiencia de oxidación mayor al 58,3%. Finalmente, se estudió el mecanismo de oxidación y la función del PTA como aceptor de electrones, y su influencia en el aumento del poder oxidante de los materiales modificados.
Síntesis de un polímero tipo poliglicerol-éster y evaluación de su efecto en la modificación de mezclas asfálticas
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-26) Hernández Garcés, Jorge Eliécer; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; López Contreras, Yuly Fernanda; Blanco Acuña, Edgard Fabián; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Ardila Suárez, Carolina
El cemento asfáltico modificado con polímeros para la fabricación de mezclas asfálticas es una práctica reconocida y regulada por el Instituto Nacional de Vías – INVIAS. Este tipo de modificaciones representan una solución para mejorar el desempeño de los pavimentos en diversas condiciones. Ante la necesidad de adaptar los materiales a las condiciones particulares de cada proyecto, especialmente en un contexto como el colombiano con una oferta limitada de asfaltos, la implementación de asfaltos modificado con polímeros se presenta como una alternativa técnica y económicamente atractiva. El objetivo de esta investigación fue sintetizar y caracterizar un nuevo polímero tipo poliglicerol-éster y evaluar su efecto en la modificación de mezclas asfálticas. Para ello, se realizó la síntesis de un aditivo polimérico mediante un proceso de polimerización por etapas del glicerol, seguido de su funcionalización con un aminoácido metilado. La síntesis se llegó a cabo en un reactor bajo condiciones de calentamiento convencional, y se desarrolló una metodología estandarizada para la metilación de grupos funcionales amino y su posterior mezcla con el poliglicerol. Posteriormente, se compararon las propiedades de las mezclas asfálticas aditivadas y sin aditivar con un asfalto convencional 60/70 bajo los lineamientos y del Capítulo 4 Art. 414-22 (INVIAS, 2022). La penetración aumentó un 32%, la temperatura de punto de ablandamiento disminuyó 10%, el índice de penetración disminuyó entre -0,24 a -0,80; la ductilidad a 25 °C fue superior a 150 cm; la recuperación elástica por tensión aumentó un 42%; Las curvas de viscosidad dinámica en función de la temperatura, permitieron determinar las temperaturas mezcla y compactación, encontrándose entre 151 °C y 156 °C para la mezcla, y entre 137 °C y 143 °C para la compactación. Finalmente, los resultados obtenidos permiten concluir que el polímero sintetizado mejora las propiedades reológicas evaluadas de las mezclas asfálticas.
Obtención de nanozeolitas por molienda de alta energía para su evaluación en la producción de biomasa y absorción de nitrógeno en cultivos de Ray grass
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-15) Amorocho Cubides, Karen Viviana; Botero Londoño, Mónica Andrea; Botero Londoño, Julián Mauricio; Sánchez Torres, Viviana; Rodríguez López, Nelson Facundo
En un panorama global donde garantizar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola se ha convertido en una necesidad apremiante, este estudio se centra en la fabricación y aplicación de nanozeolitas como una solución innovadora para optimizar el uso de fertilizantes en cultivos de Ray grass (Lolium spp.). A través de un proceso de molienda de alta energía, se sintetizaron nanozeolitas con un tamaño de partícula notablemente reducido, lo que mejora su capacidad para absorber y liberar nutrientes de manera controlada y eficiente. Estas nanozeolitas fueron sometidas a un análisis detallado utilizando una variedad de técnicas avanzadas: la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) mostró mejoras en la morfología de las partículas, la Difracción de Rayos X (XRD) evidenció una disminución en el tamaño del cristalito, y la Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X (XPS) confirmó la estabilidad química del material. Además, la Dispersión de Luz Dinámica (DLS) permitió evaluar el comportamiento de las partículas en suspensión acuosa, mientras que la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) proporcionó información adicional sobre la topografía y el tamaño de las partículas. Finalmente, la Fisisorción de Nitrógeno (BET) se empleó para analizar propiedades texturales, como el área superficial específica, lo que es fundamental para comprender la eficacia de las nanozeolitas en aplicaciones agrícolas. En los ensayos de invernadero, la aplicación de estas nanozeolitas resultó en un incremento del 41,1% en la producción de biomasa fresca y una mejora del 47,16% en la eficiencia de recuperación de nitrógeno, en comparación con el uso de fertilizantes convencionales. Estos hallazgos sugieren que las nanozeolitas, especialmente las obtenidas mediante molienda en húmedo, tienen un gran potencial para transformar las prácticas de fertilización, ofreciendo una alternativa más eficiente y sostenible para la agricultura de precisión. Esta investigación subraya la importancia de las nanozeolitas como una herramienta prometedora para enfrentar los desafíos actuales en la producción agrícola, al promover un uso más eficiente de los recursos y reducir el impacto ambiental asociado a la fertilización tradicional.
Evaluación de catalizadores para la reacción de desulfuración oxidativa en fase gaseosa de aceites pirolíticos obtenidos a partir de caucho de llantas
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-21) Sandoval Quiñónez, Karol Vanessa; Escalante Hernández, Humberto; Tavera Ruiz, Claudia Patricia; Maradei García, María Paola; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Ballesteros Rueda, Luz Marina
El aceite obtenido de la pirólisis del caucho de llantas usadas (APCL) tiene potencial como combustible, pero su alto contenido de azufre limita su uso. El presente estudio se centra en la desulfuración oxidativa (ODS) en fase gaseosa del APCL, ya que tiene una mejor viabilidad técnica a nivel industrial en comparación con a la ODS en fase líquida y no ha sido estudiada para este tipo de aceites. Se evaluaron tres catalizadores: dos heteropoliácidos (H3PMo12O40 y H4PMo11VO40) soportados en la sílica comercial Q-10 y el óxido mixto CuO/ZnO/Al2O3. El H3PMo12O40/Q-10 (HPMo/Q-10) y H4PMo11VO40/Q-10 (HPMo/Q-10) fueron sintetizados y caracterizados en estudios previos. El CuO/ZnO/Al2O3 fue sintetizado por coprecipitación de los respectivos nitratos y fue caracterizado por diferentes técnicas fisicoquímicas. Las propiedades catalíticas de los catalizadores fueron evaluadas en la ODS de mezclas modelo de los APCL representadas por dibenzotiofeno (DBT) en tolueno y del benzotiazol (BTZ) en tolueno, ambas con un contenido de azufre de 0.08 %p. El proceso se llevó a cabo en el reactor de lecho fijo de una unidad piloto de pirólisis a 350 °C, 1.5 bar y empleando aire como agente oxidante. Se lograron conversiones del DBT similares para los tres catalizadores (39.6 – 41.7 %) siguiendo el orden HPMoV/Q-10 > HPMo/Q-10 > CuO/ZnO/Al2O3. Las conversiones del BTZ fueron diferentes entre los catalizadores y siguieron un orden opuesto al de las conversiones del DBT. Es probable que la presencia de sitios ácidos de Brønsted haya afectado negativamente la conversión del BTZ. En este caso, la conversión más alta fue del 19.3 % con el CuO/ZnO/Al2O3. La validación de estos resultados en el proceso real de pirólisis se llevó a cabo con los catalizadores HPMo/Q-10 y CuO/ZnO/Al2O3, logrando una remoción de azufre del 35.3 y 35.6 %, respectivamente. La diferencia en morfología y tipos de sitios ácidos no afectaron la actividad catalítica.
Análisis técnico-económico y ambiental para la producción de e-Fuels a partir de CO2 e hidrógeno verde
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-07) Díaz Rodríguez, Gineth Tatiana; Sánchez Torres, Viviana; Rodríguez Vallejo, Daniel; Uribe Rodríguez, Ariel; Escalante Hernández, Humberto; García Navas, Dubán Fabián
Los combustibles sintéticos son productos energéticos líquidos que se generan a partir de la captura de dióxido de carbono (CO2) y la producción de hidrógeno verde mediante electrólisis del agua utilizando energía renovable. Estos combustibles pueden ser utilizados en motores de combustión interna convencionales, lo que los convierte en una opción atractiva para descarbonizar sectores difíciles de electrificar, como la aviación, el transporte marítimo y el transporte de larga distancia por carretera, contribuyendo a reducir las emisiones globales de CO2. Esta investigación se centra en realizar un estudio de prefactibilidad técnico-económica y ambiental sobre el proceso de producción de e-Fuels basada en simulación utilizando como herramienta Aspen Plus® donde se obtuvo como producto e-diesel, e-gasolina y e-jet-A1 con una capacidad proyectada de 440 toneladas métricas por día (TM/día) de combustible. La ruta de obtención es la síntesis de Fischer-Tropsch (FT), contando con tres etapas principales que parten de la generación de gas de síntesis mediante una reacción de desplazamiento gas-agua (RWGS). Así mismo, se integra un modelo de recuperación de CO2 no convertido mediante absorción usando como solvente Dimetil Éter de Polietilenglicol (DEPG). Seguidamente, con la síntesis de FT se genera un producto intermedio con cadenas en un rango de C1 a C23, principalmente para la formación de n-parafinas. Finalmente, la separación o mejora de los productos deseados incluye un reactor de hidro-craqueo que transforma hidrocarburos líquidos con una longitud de cadena largas (ceras) en hidrocarburos de cadenas en el rango de C5-C20, los cuales pasan a un tren de destilado para obtener los combustibles sintéticos deseados.
Efecto de la molienda de alta energía en medio ácido sobre la actividad fotocatalítica de concentrados de ilmenita en la degradación de cianuro
(Universidad Industrial de Santander, 2025-05-19) García Manzano, Tania Isabel; Pedraza Avella, Julio Andrés; Henao Martínez, José Antonio; Cañas Martínez, Diana Marcela; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Valencia Sánchez, Hoover Albeiro
Concentrados de arenas negras ricos en ilmenita provenientes de Barbacoas, Nariño se trataron mediante de molienda de alta energía en presencia de soluciones ácidas, con el fin de obtener un aumento en el área superficial que permitiera mejorar la actividad fotocatalítica de este fotocatalizador natural, para su aprovechamiento en la degradación de cianuro. La molienda de alta energía en presencia de ácido acético produjo una disminución significativa en el tamo de partícula, lo que se reflejó en un incremento de 35,24 𝑚2/𝑔 del área superficial de los concentrados. Los efectos observados estuvieron determinados por las condiciones de molienda: una concentración del 3% p/v, a 650 rpm, con una relación (BRP) de 20:1, durante 120 minutos, utilizando esferas de 4 mm de diámetro. promovió modificaciones estructurales y composicionales, incluyendo la disminución en la cristalinidad y la aparición de fases de la forma FexTiyO4. Además, el medio ácido favoreció la disolución parcial de fases acompañantes y un posible enriquecimiento de titanio en la superficie. Los materiales tratados mostraron una mayor eficiencia fotocatalítica, atribuida a la mayor área superficial y reducción del tamaño de partícula. Estos factores favorecieron una mayor absorción de luz UV y visible. Asimismo, los cambios microestructurales y composicionales facilitaron la interacción del fotocatalizador con el cianuro, destacando el potencial del tratamiento mecanoquímico en medio ácido como estrategia para mejorar el rendimiento en la degradación de cianuro. Puesto que se alcanzó un máximo de degradación de cianuro con la muestra con mayor área superficial y las muestras presentaron porcentajes de degradación muy cercanos tanto radiación visible y UV.
Ignición asistida de un proceso de combustión in situ con partículas de óxidos de metales de transición
(Universidad Industrial de Santander, 2025-02-18) Akimushkina Valencia, Lucía; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Bottía Ramírez, Hernando; Pedraza Avella, Julio Andrés; León Bermudez, Adán Yovani
The growing global energy demand has shifted attention toward unconventional oils due to their abundance. In reservoirs containing extra-heavy crude oil at significant depths, in-situ combustion (ISC) is often the only feasible recovery method. This method consists in the generation of oxidation reactions between crude oil and an oxidizing agent. The initial stage of the process, known as ignition, requires a sustained temperature increase, driven by the rate of heat generation from oxidation reactions, which must exceed heat losses in the reservoir. The rate of heat generation can be enhanced with the use of transition metals oxides as catalysts for the oxidation reactions. Three transition metal oxides (MnO2, MoO3 and Fe3O4) were synthesized at different temperatures to obtain different particle sizes. Size and morphology were determined by SEM, TEM, and adsorption isotherms. The performance of the synthesized oxides was evaluated on the oxidation reactions of an extra heavy oil. Kinetic parameters were estimated using the isoconversional method. The obtained activation energy of the catalyst with the best performance was used in a developed numerical model to evaluate the ignition stage in terms of temperature and oxygen profiles as functions of distance and time. The addition of metal oxides altered the oxygen consumption as well as the oxidation products, specifically increased the CO₂/CO molar ratio across all systems. A correlation was observed between particle size and the obtained activation energies with smaller particles leading to lower activation energies compared to larger ones for the Iron and Manganese catalysts. The most favorable kinetic changes were observed with molybdenum oxide in the size of 4.61 ± 1.72 um. The catalyst reduced the activation energy during the low temperature oxidation (LTO) by 9.46% and the high temperature oxidation (HTO) by 13.3% compared to the crude oil alone. The presence of the catalyst significantly enhanced the ignition stage, reducing the time required to achieve the process's auto-sustainability by 25.5%.
Síntesis y caracterización de un aditivo polimérico base glicerol-ácido cítrico y su evaluación en mezclas de materiales cementantes
(Universidad Industrial de Santander, 2025-02-03) Abril Moreno, Lina María; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Zapata Orduz, Luis Eduardo; Lopéz Contretas, Yuly Fernanda; Díaz Ramírez, German Adolfo
En la construcción, los aditivos químicos son esenciales para modificar las propiedades de los materiales cementantes, permitiendo su adaptación a diversas aplicaciones. Con el creciente enfoque en la sostenibilidad, se busca explorar materias primas alternativas y desarrollar procesos innovadores para reducir los impactos ambientales. El glicerol y el ácido cítrico, subproductos industriales, han demostrado ser útiles en la mejora de estos procesos. Este estudio se centró en la síntesis de tres materiales: un núcleo ramificado (NR) como prepolímero, poliglicerol (PG) como primer aditivo y poliglicerol modificado (PGM) como segundo aditivo, creado al combinar NR y PG. Los materiales fueron caracterizados mediante técnicas térmicas, estructurales y de medición de potencial zeta. En la evaluación de pasta de cemento, se analizaron tiempos de fraguado y calorimetría con distintas dosis de aditivos. En concreto, se probaron concentraciones de polímeros para evaluar asentamiento, contenido de aire, y propiedades reológicas como esfuerzo de fluencia y viscosidad plástica, además de medir resistencia a la compresión a 1, 3, 7 y 28 días. Los resultados mostraron tres materiales con propiedades distintas: uno con estructura entrecruzada, otro con estructura lineal y un tercero con fracciones lineales y ramificadas. En los materiales cementantes, los aditivos PG y PGM actuaron como retardantes, inclusores de aire y plastificantes. Su morfología influye en cómo se distribuyen en la mezcla, ya que pueden formar complejos con los iones de Ca+2 en el entorno alcalino, generando un efecto surfactante que afecta el asentamiento y reduce la viscosidad y esfuerzo de fluencia. Para evitar la pérdida de resistencia, es crucial determinar la dosis adecuada en cada aplicación.

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