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En este trabajo de tesis doctoral se aplicaron varias técnicas de análisis con el objetivo de identificar las especies de As y F presentes en sedimentos loéssicos y en cenizas volcánicas, para luego definir un posible mecanismo de liberación de estos contaminantes al medio acuoso. Los sedimentos loéssicos, son uno de los sedimentos modernos más ampliamente distribuidos en la región Chaco Pampeana, mientras que las cenizas volcánicas andinas, recientes y antiguas son consideradas como una de las principales fuente de As y F en los sedimentos loéssicos. Específicamente, el método de estudio consistió en el empleo de: (a) técnicas espectrométricas y de difracción (ICP-MS, ICP-OES, DRX, SEM-EDS) que permitieron caracterizar a los materiales de estudio, (b) técnicas espectroscópicas (XPS y XAS), que se utilizaron para indagar sobre la especiación y la coordinación química de estos elementos en la fase sólida, y (c) ensayos de liberación llevados a cabo a diferentes pH y extracciones secuenciales, que ayudaron a definir posibles mecanismos de liberación de los mismos. La contribución original de esta tesis fue, por un lado, la identificación y especiación de As (As(III)-S y As(V)-O) y F (F-Ca, F-Si, y F-Al) en la superficie de los granos de vidrio volcánico en muestras de cenizas volcánicas recientes (erupciones en la Patagonia de los años 1991, 2008, 2011, 2015 y 2016). Estas especies de As y F superficial se liberan fácilmente en contacto con el agua; sin embargo una mayor proporción (>90%) no se libera, o lo hace muy lentamente. Este comportamiento motivó a estudiar con más detalle la presencia de As y F en la estructura del vidrio volcánico en muestras de cenizas volcánicas antiguas (~125 Ka) y recientes. Los resultados indican que tanto el As como el F se encuentran unidos a átomos de Al/Si. Respecto al As, se encuentra como As(III), específicamente formando las especies sólidas AsO(OH)2-/As(OH)3, unidas a átomos de Al/Si. Además de estas especies, en las cenizas emitidas durante la erupción del volcán Chaitén (en el 2008), se pudo diferenciar la presencia de As(1-), asociado a piritas arsenicales. Estas especies de As(III) y As(1-) se oxidan fácilmente al ser expuestos a las condiciones ambientales imperantes. En ambos casos el producto final de oxidación son iones arseniatos, que finalmente se adsorben sobre pátinas de (hidr)óxidos férricos, presentes en los sedimentos loéssicos. Una situación similar ocurre con el F, el cual al liberarse se integra a los sedimentos loéssicos, formando fluorapatitas o adsorbiéndose a (hidr)óxidos férricos.

El biodiesel es una mezcla de ésteres metílicos de ácidos grasos que se obtienen generalmente a través de la de transesterificación de aceites. La mayor parte los procesos industriales de síntesis de biodiesel utilizan catalizadores homogéneos. Aunque efectivos, éstos generan inconvenientes que dificultan la operación, aumentando los costos de producción. En consecuencia, la búsqueda de una solución tecnológica ha impulsado el estudio de catalizadores heterogéneos. En los últimos años gran cantidad de sólidos porosos han sido estudiados como catalizadores heterogéneos para la síntesis de biodiesel o como soportes de otros catalizadores. Sin embargo, los catalizadores heterogéneos actualmente descriptos en la literatura requieren tiempos de reacción prolongados y condiciones de reacción exigentes (altas temperaturas y presiones) para alcanzar tasas de conversión altas. Adicionalmente, la reutilización del catalizador debe ser ampliamente estudiada. En este marco, se estudió la síntesis de nuevos catalizadores heterogéneos porosos y su aplicación para la transesterificación de aceite de girasol en biodiesel, basados en tres tipos de materiales: sólidos microporosos de alta superficie (zeolitas A y F)), catalizadores basados en estructuras inorgánicas de tipo laminar (hidrotalcitas Mg-Al sintetizadas en medio sódico y potásico) y materiales mesoporosos (SBA-15, compósito SBA-15/hidrotalcita y productos derivados de carbonato de magnesio mesoporoso). Se aplicaron diversos tratamientos post síntesis (calcinaciones, rehidrataciones e impregnaciones con K2CO3 y KOH) con el fin de estudiar su influencia en las propiedades catalíticas de los sólidos sintetizados. En total, se realizó la síntesis de 17 catalizadores. La estructura y propiedades fisicoquímicas de dichos catalizadores fueron analizadas mediante la aplicación de diversas técnicas de caracterización (DRX, SEM, EDAX, FTIR). La evaluación catalítica se realizó en ensayos de síntesis de biodiesel, en condiciones suaves de temperatura y presión (65 °C y presión autogenerada). El análisis de los resultados obtenidos fue realizado aplicando técnicas cromatográficas. Si bien algunos de los compuestos zeolíticos estudiados fueron activos para catalizar la transesterificación de aceite de girasol, en este grupo no se encontraron materiales con propiedades superiores a las presentadas en la bibliografía actual. Por el contrario, dentro del grupo de catalizadores derivados de hidrotalcitas, se obtuvieron materiales altamente activos. Los mejores resultados fueron obtenidos con hidrotalcitas impregnadas con K2CO3, con las que se obtuvieron conversiones de aceite en biodiesel del orden del 90 % en 4 h de reacción. Además, estos materiales pudieron ser reutilizados, manteniendo buenos niveles de conversión durante varios ciclos de reacción. La sílice mesoporosa SBA-15 no presentó actividad catalítica. Ésta fue combinada con una hidrotalcita Mg-Al para obtener un compósito de alta superficie. Aunque su aplicación directa no dio buenos resultados para catalizar la reacción estudiada, la impregnación de la SBA-15 y el compósito con K2CO3 generó materiales altamente activos, con los que se alcanzaron conversiones del 80 % y 94 % respectivamente, luego de 4 h de reacción. Finalmente, se estudió la síntesis de materiales derivados de MgCO3 mesoporoso. A través de impregnaciones con KOH y tratamientos térmicos a temperatura controlada, se obtuvo un catalizador que logró conversiones del 98 % después de 30 min de reacción. Este resultado se encuentra entre los mejores reportados en la literatura para esta reacción usando catalizadores heterogéneos bajo condiciones de reacción moderadas.

El hidrógeno tiene gran potencial como vector energético debido a los beneficios ambientales derivados de su utilización en reemplazo de los combustibles fósiles. Sin embargo, para que su uso sea verdaderamente sustentable, el método de producción debe ser neutro en cuanto a la generación de dióxido de carbono. En esta Tesis se estudió la producción selectiva de hidrógeno a partir de compuestos oxigenados derivados de biomasa. El estudio de la influencia del contenido de platino en catalizadores soportados sobre gamma alúmina empleados en reformado en fase acuosa de polioles mostró que a mayor contenido de metal se obtienen mayores productividades de hidrógeno. La conversión de xilitol y sorbitol fue casi completa a velocidades espaciales bajas y disminuyó como era esperable con el aumento de la velocidad espacial, mientras que la productividad presentó un máximo. Este máximo puede explicarse teniendo en cuenta que la productividad está relacionada al rendimiento y a la velocidad espacial. El rendimiento disminuye cuando aumenta la velocidad espacial, de manera que puede existir una velocidad espacial óptima que maximice la productividad. El tamaño de la molécula de reactivo también influye sobre el rendimiento. Con xilitol se obtuvo mayor rendimiento mientras que con sorbitol debido a que reactivos de cadena más larga implican una mayor complejidad del sistema de reacciones. Cuando se aumentó la concentración del poliol aumentó la conversión total y la conversión a productos líquidos, mientras que la conversión a productos gaseosos y la selectividad a hidrógeno disminuyeron; el rendimiento y la productividad no mostraron variaciones.