Revista ION

IN MEMORIAM: ARISTÓBULO CENTENO HURTADO

Native microorganism isolation and characterization and use of glycerol as sole cabon source

El rápido incremento del consumo mundial de biodiésel ha generado un superávit de glicerol, correspondiente al 10% en peso del biocombustible producido. Siendo Colombia uno de los principales productores de biodiésel en Latinoamérica con 516000 ton/año, es necesario buscar usos alternativos para el exceso de glicerol generado. En esta investigación se aislaron microorganismos nativos presentes en el glicerol crudo proveniente de dos plantas Santandereanas (A y B) productoras de biodiésel y se evaluó su crecimiento en medio mineral utilizando glicerol USP (24 g/L) como única fuente de carbono. El crecimiento de los microorganismos se determinó por el método de peso seco y lecturas de absorbancia. La cantidad de glicerol consumido se determinó por medio de cromatografía líquida de alta eficiencia-Detector de Índice de Refracción (HPLC-IRD). En la muestra A, se identificó un consorcio compuesto por bacterias Gram positivas y Gram negativas, y el hongo Aspergillus fumigatus . De la muestra B, se aisló Bacillus circulans . Dos de los microorganismos aislados utilizaron el glicerol como fuente de carbono.

The rapid increase in biofuels world consumption has generated a glycerol surplus of about to 10 wt% of the overall biodiesel. With Colombia as one of the principals Latin America biodiesel producer, with 516000 ton/year it is necessary to look for glycerol alternative uses. In this work native microorganisms present in raw glycerol (A and B) were isolated, from two Santander biodiesel plants, and their growth was followed in mineral culture using glycerol USP (24 g/L) as the sole carbon source. Microorganism's growth was measured by dry weight and absorbance measurements. Glycerol intake by the microorganisms was determined by High Performance Liquid Chromatography-Refraction Index Detector (HPLC-IRD). A consortium consisting of Gram-positive and Gram-negative bacteria and Aspergillus fumigatus fungus was identified in sample A. On the other hand, Bacillus circulans was isolated and identified from sample B. Two of the microorganisms isolated used the glycerol as carbon source.

Evaluation of lipid and monosaccharide obtaining routes of microalgae biomass under the biorefinery concept

Al igual que una refinería de petróleo, una biorefinería utiliza todos los componentes de la biomasa para obtener productos aprovechables. Además de los lípidos, la biomasa de microalgas contiene cantidades importantes de proteínas, carbohidratos y otros productos metabólicos. En el presente estudio los autores definieron y evaluaron las rutas de obtención de lípidos y monosacáridos de biomasa de las microalgas Amphiprora sp. y Navicula sp., por medio de la implementación de procedimientos como disrupción celular ácida, extracción Soxhlet, Organosolv, transesterificación in situ y el método del ácido dinitrosalicílico (DNS). Las rutas fueron definidas y comparadas con base en las eficiencias de extracción de lípidos y porcentajes de azucares reductores obtenidos. Para la ruta de hidrólisis ácida - extracción Soxhlet se evaluaron diferentes tiempos, los mejores resultados se obtuvieron mediante los tiempos de 120 y 960 min, respectivamente. Mediante la ruta Organosolv - extracción Soxhlet la mayor eficiencia lipídica obtenida fue 48% y en transesterificación in situ el mayor porcentaje de azúcares reductores totales fue 1,67%p. Además, se determinaron los parámetros cinéticos relacionados con el sistema de lisis celular y transesterificación in situ para Navicula sp., obteniendo constantes de K=0,0003 min-1 para azúcares reductores y K=0,02 min-1 para productos de degradación. Por medio de espectroscopía infrarroja se comparó el pico de absorción del grupo carbonilo característico del biodiésel a través del tiempo. Entre las rutas evaluadas, Organosolv - extracción Soxhlet y transesterificación in situ presentaron mayor obtención de lípidos y monosacáridos, respectivamente.

As an oil refinery, a biorefinery uses all biomass components for obtaining high value usable products. Besides lipids, microalgae biomass contains significant amounts of proteins, carbohydrates and other metabolic products. In the present study, the authors defines routes to obtain monosaccharides and lipids from microalgae biomass of Amphiprora sp. and Navicula sp., through the implementation of acidic cellular disruption procedures, Soxhlet extraction, Organosolv pretreatment, in situ transesterification and the dinitrosalicylic acid method (DNS). The routes were defined and compared based on the percentage of lipids and monosaccharides obtained. For acid hydrolysis - Soxhlet extraction route several times of acid hydrolysis and extraction were evaluated, the best results for this route were obtained using times of 120 and 960 min, respectively. By Organosolv - extraction Soxhlet route, the best lipid efficiency obtained was 48% and in situ transesterification the highest percentage of total reducing sugars was 1.67%wt. Furthermore, kinetic parameters were determined related to the system of cell lysis and in situ transesterification for Navicula sp., getting constants K=0.0003 min-1 for reducing sugars and K=0.02 min-1 for degradation products. Using infrared spectroscopy compared the absorption peak of carbonyl group characteristic of biodiesel over time. Among Organosolv - Soxhlet extraction routes and in situ transesterification - Soxhlet extraction showed higher production of lipids and monosaccharides, respectively.

Production of fermentables sugars by enzymatic hydrolysis of steam-exploded rice husks

Dentro de las alternativas propuestas para el aprovechamiento de materiales lignocelulósicos se incluye su transformación en azúcares, que luego se usan como materia prima en la producción de etanol. Según Fedearroz, el sector arrocero colombiano genera alrededor de 400000 t/año de cascarilla de arroz, compuesta por lignina, celulosa y hemicelulosa, por lo que se considera un sustrato adecuado para la producción de azúcares dada su disponibilidad y su relativo bajo costo. Sin embargo, para un adecuado proceso de producción de azúcares fermentables es necesaria la aplicación de pretratamientos que modifiquen la estructura compleja de este material. Uno de los tratamientos utilizados es el de explosión con vapor, en el cual el material lignocelulósico se pone en contacto con vapor saturado a temperaturas entre 190-230°C, durante tiempos definidos, luego de los cuales se realiza una descompresión súbita, ocasionando desagregación y destrucción parcial de los enlaces lignina-carbohidrato, obteniendo como resultado un material cuya celulosa es más accesible a la hidrólisis enzimática. Este tratamiento también se ha estudiado utilizando catalizadores ácidos (sulfúrico), el cual es promisorio pues se logran mayores valores en la hidrólisis enzimática. Sin embargo ésta última tecnología no ha sido evaluada con cascarilla de arroz, por lo que en este trabajo se estudió la explosión con vapor a 190°C (10 y 25 min) de cascarilla impregnada con agua y una solución de ácido sulfúrico 0,5% v. Como resultado, se logró solubilizar parcialmente la hemicelulosa y afectar la estructura del material, con lo que se aumentó la producción de azúcares a partir de cascarilla, obteniéndose una máxima recuperación global de glucosa (tratamiento e hidrólisis enzimática) de 14,98% p (0,5% v H2SO4, 25 min, 190°C); este valor es muy superior al 0,7% p logrado con material sin tratar.

One of the alternatives proposed as sustainable option for exploiting lignocellulosic materials is their conversion to fermentable sugars to produce feedstock for ethanol. Rice Industry in Colombia generates 400000 tons per year of rice husks, a high availability and low cost material which basic is composed by lignin, cellulose and hemicellulose; resulting in an adequate substrate for sugar conversion. However, this feedstock must be pretreated in order to improve the sugar fermentation process by modifying its complex structure. One effective method is the steaming explosion, which is carried out through exposing the lignocellulosic material to steam at fixed temperature between 190-230°C. After a specific steaming time the substrate undergoes sudden decompression forcing the disintegration and partial destruction of the lignin-carbohydrate bonds; resulting in a new material where the exposure of cellulose to enzymatic hydrolysis is higher. The same treatment has been applied using acid catalysts (sulfuric acid) resulting in higher yields during the enzymatic hydrolysis. The last technology has not been evaluated on rice husk; this work steaming explosion process applied at 190°C (10 y 25 min) to rice husks impregnated with both water and 0.5% v sulfuric acid. The results show partial solubilization of hemicellulose and clear degradation of the material structure, reflected in an increased sugars production by the enzymatic hydrolysis. A maximum glucose yield for pretreatment and enzymatic hydrolysis of 14,98% w was achieved (0.5% v H2SO4, 25 minutos, 190°C), a considerable superior value than 0.7% w obtained for the untreated material.

Production of fermentable sugars from press fiber oil palm pre-treated biologically by Pleurotus ostreatus and Phanerochaete chrysosporium

La industria de palma de aceite en Colombia, primera en producción en Latino América y cuarta a nivel mundial, genera cerca de 11,6 a 15,1% p de fibra prensada respecto a la carga inicial de los frutos procesados, este residuo presenta una estructura compleja compuesta de lignina, hemicelulosa y celulosa; haciéndolo susceptible de ser procesado para la obtención de diversos productos biotecnológicos de alto valor agregado. En este trabajo se evaluó la obtención de azúcares fermentables a partir de la fibra prensada de palma, realizando un pre-tratamiento biológico con los hongos Pleurotus ostreatus y Phanerochaete chrysosporium en fermentación en estado sólido y medio de cultivo Kirk, realizando seguimiento en el tiempo durante cuatro semanas. Posteriormente se realizaron las hidrólisis enzimáticas del material pre-tratado evaluando dos enzimas comerciales (celulasa+β-glucosidasa) en combinación por un tiempo de 72 h. Tanto la materia prima como los sólidos pre-tratados se caracterizaron en cuanto a su contenido de lignina y azúcares estructurales. Después de la hidrólisis enzimática se encontró un porcentaje de sacarificación de 18,4 g de glucosa en la HE/100 g de glucosa potencial en la fibra pre-tratada. Se encontró además, que el parámetro más relevante: el rendimiento global de azúcares fermentables fue de 7,4 g/100 g de materia prima. Los resultados hallados ratifican el potencial de este residuo para la producción de azúcares aplicando el pre-tratamiento biológico con P. ostreatus, el cual presenta ventajas ambientales y económicas.

The oil palm industry in Colombia, first in production Latin America and fourth worldwide, generates about 11.6 to 15.1% w pressed fiber on the initial load of processed fruits, this residue has a complex structure of lignin, hemicellulose and cellulose, making it liable to be prosecuted for obtain various biotech products with high added value. In this work, we assessed the trials for obtaining sugars fermented from palm pressed fiber, making a pre-biological treatment with fungi Pleurotus ostreatus and Phanerochaete chrysosporium in solid state fermentation medium Kirk during four weeks. In the next step on this study, we make the enzymatic hydrolysis of the material pretreated evaluating two commercial enzymes (cellulase+β-glucosidase) in combination for a period of 72 h. Both the raw material pre-treated solids were characterized as to its content structural lignin and sugars. When the enzymatic hydrolysis was finish, the rate of saccharification measured was 18.4 g of glucose HE/100 g potential glucose in pre-treated fiber. The most relevant parameter is the overall yield of fermentable sugars that was calculated as 7.4 g/100 g of raw material. The results obtained confirm the potential of this waste to produce sugars applying the pre-biological treatment with P. ostreatus, which environmental and economic advantages.

Modelling of synthesis of ketene on a foam monolith reactor

Este trabajo propone un modelo de base fenomenológica para la síntesis catalítica de cetena a partir de ácido acético sobre monolitos tipo espuma funcionalizados con sílice basado en información experimental propia y en técnicas convencionales de modelamiento y ajuste de parámetros de reactores de lecho fijo. Durante la síntesis se llevan a cabo reacciones competitivas entre sí, donde la deshidratación del ácido es la fuente de formación de cetena. Se diseñó un trabajo experimental preliminar para determinar las condiciones generales en que se desarrolla esta síntesis. Dicha experimentación consistió en: 1) experimentos en ausencia de reacción química para la estimación de los parámetros de transporte de calor, 2) experimentos aplicando el criterio de Koros-Nowak para determinar la presencia de limitaciones difusionales externas, 3) experimentos en presencia de reacción química para la estimación de los parámetros cinéticos de la mencionada red de reacciones. Las dos primeras partes de los experimentos permitieron deducir que el modelo más adecuado para representar el reactor monolítico tipo espuma es un modelo bidimensional no isotérmico seudo-homogéneo. Este modelo de reactor se acopló a un modelo cinético teniendo en cuenta las tres reacciones principales (deshidratación, descarboxilación y cetonización del ácido). Al modelo resultante, un sistema de ecuaciones diferenciales parciales, se le aplicó un procedimiento de ajuste de sus seis parámetros cinéticos y cuatro parámetros térmicos desconocidos. Los resultados mostraron que el ajuste de los parámetros fue aceptable y que el modelo 2D propuesto es adecuado para representar la conversión, selectividad y el perfil de temperatura dentro del monolito. Si bien este modelo no es completamente fenomenológico por que posee parámetros ajustables, al menos, aquí se demuestra que las metodologías convencionales de reactores son aplicables a monolitos de sílice.

This paper proposes a pseudo-phenomenological model for the catalytic synthesis of ketene from acetic acid on foam monoliths using classical modeling techniques of fixed reactors. This synthesis is a competing reactions network where dehydration of acetic acid promotes formation of ketene. A preliminary experimental work was designed to determine a set of favorable conditions for this synthesis. These experiments consist of: 1) experiments without chemical reaction for the estimation of heat transport parameters 2) experiments using the Koros-Nowak criterion for determining the presence of external diffusional limitations 3) experiments in the presence of chemical reaction for the estimation of the kinetic parameters of reactions network. These experiments allowed deriving that a two-dimensional, non-isothermal and pseudo-homogeneous model was the most appropriate model to represent the monolithic type reactor. The reactor model was coupled to a kinetic model taking into account the three main reactions of the network of reactions (dehydration, decarboxylation and acid cetonization). At resulting model, a system of partial differential equations, six unknown kinetic parameters and four thermal parameters was fixed. The results showed that this adjustment was acceptable and the proposed 2D model is adequate to represent the conversion, selectivity and the temperature profile experienced inside of monolith. Although this model suffers from the need to find adjustable parameters, at least, it is shown that conventional methods are applicable to reactors silica monoliths.

Interpenetrating polymer networs from modified castor oil - based polyurethane and polystyrene: miscibility and mechanical properties as a function of the composition

Se prepararon muestras de redes poliméricas interpenetradas (IPN) de poliuretano a partir de isoforona diisocianato y aceite de ricino modificado con pentaeritritol y poliestireno entrecruzado con divinil benceno (DVB). Las redes fueron polimerizadas simultáneamente (SIN). Se realizaron ensayos de hinchamiento hasta equilibrio, pruebas térmicas dinamomecánicas (DMTA), y pruebas de esfuerzo-deformación en un amplio intervalo de composición, manteniendo constantes las condiciones de curado para todos las muestras IPN. A partir de los resultados de los ensayos de hinchamiento y las pruebas de esfuerzo-deformación se determinó la densidad de entrecruzamiento en función de la composición. Con base en los resultados de los ensayos DMTA se identificaron cambios morfológicos en función de la composición. Aparentemente, ocurre inversión de fases en el sistema que contiene alrededor de 40% de red de poliuretano. Los resultados de las pruebas esfuerzo-deformación indican que en el punto de inversión de fases las propiedades mecánicas del IPN, módulo de elasticidad y esfuerzo a la ruptura, aumentan por un factor mayor que dos.

Polyurethane-polystyrene IPN materials of various compositions were prepared by simultaneous polymerization of styrene, divinil benzene, modified castor oil and isophorone diisocianate under equal conditions of curing temperature. Swelling equilibrium, dynamical mechanical thermal analysis and stress-strain tests were performed. The results were analyzed indicating the occurrence of morphological changes as a function of IPN composition. Phase inversion seems to occur at 40% polyurethane in the network. At the point of phase inversion a significant changes in mechanical properties were observed.

Evaluation of a chemical treatment to control paraffin in oil at Colorado field

Los crudos parafínicos causan problemas durante la producción de hidrocarburos debido principalmente al depósito de parafina en las paredes de la tubería que reducen su diámetro, restringe el flujo, y la precipitación causa variación en el comportamiento reológico del mismo. El uso de sustancias químicas ha sido efectivo para resolver los problemas de deposición de parafina; este trabajo presenta los resultados de la evaluación a nivel de laboratorio, de un tratamiento químico conformado por un dispersante que evita la aglomeración de la parafina; un surfactante que ejerce una fuerte acción detergente y desestabiliza o previene la formación de emulsiones; un solvente que restaura la capacidad de disolver los cristales de ceras parafínicas debido a la precipitación por pérdida de gases o reducción de la temperatura, y un solvente mutual cuya función es mejorar las propiedades de solubilidad entre los aditivos. Se evaluaron propiedades del crudo con un tratamiento químico, tales como el punto de nube, punto de fluidez y comportamiento reológico para determinar la efectividad del tratamiento y seleccionar el mejor. El tratamiento químico probado es compatible con los fluidos y la roca de la formación productora y la muestra de crudo con 2% en parafina y un volumen de la formulación 12 (en una proporción v/v de 10 partes de crudo por una parte de formulación) presentó una disminución en el punto de nube del 62,12% tomando como referencia el punto de nube del crudo con un 2% en peso de parafina y un comportamiento reológico similar al crudo sin parafina.

Paraffin in oil production has several problems like restricting the oil flow in the pipeline due to the reduction in the pipeline diameter because of the accumulation of this in the intern wall. Also, this product can change the oil viscosity behavior because of the same phenomenon. The use of chemicals has been effective in solving the problems of paraffin deposition. This paper shows the evaluation of a chemical treatment at laboratory scale, which consists of a dispersant that prevents the crystals growth; a surfactant that helps to wet the paraffinic particles; a solvent which gives back the capacity to dissolve the paraffinic wax crystals due to the precipitation because of gases lost or reduction of the temperature and a mutual solvent whose function is to improve the solubility properties between the additives. Properties were assessed such as cloud point, pour point and rheological behavior, to determinate the effectiveness and selecting the best combination of chemical treatment. The chemical treatment tested is compatible with the fluids and the rock of the producing formation, showing the formulation 12 (in a ratio v/v of 10 parts oil to 1 part formulation) a decrease in cloud point of 62.12 % and a similar rheological behaviour without paraffin oil.

Use of the 2-propanol decomposition as a technique for the characterization of the acid-base properties of hydrotreating CoMo catalysts

Con el propósito de implementar una técnica sencilla para medir propiedades ácido-base de sólidos se analizaron las propiedades ácido-base de catalizadores CoMo soportados sobre alúmino-silicatos amorfos (ASA) con diferentes relaciones atómicas Si/(Si+Al) y sobre alúmina modificada con B. Estas propiedades fueron determinadas usando la reacción de descomposición del 2-propanol. Los resultados obtenidos se compararon y validaron con pruebas de descomposición de isopropilamina y medidas con Infrarrojo de piridina adsorbida. Se observó buena reproducibilidad y alta sensibilidad de la reacción de deshidratación del 2-propanol ante los cambios y/o modificaciones de la superficie del catalizador. Se encontró que para los catalizadores CoMo soportados en ASA, la densidad, fuerza y número de sitios ácidos totales se incrementa cuando se aumenta la relación Si/(Si+Al); este incremento se atribuye al aumento en el número de sitios ácidos de Brönsted. Por otro lado, para los catalizadores CoMo modificados con B se observó aumento en la densidad y fuerza de sitios ácidos con el aumento en la cantidad de B. Los resultados de este trabajo permiten concluir que la selectividad de la reacción de descomposición de 2-propanol es sensible a las características ácido-base de catalizadores, y los resultados obtenidos con esta técnica son reproducibles y acordes con métodos más sofisticados y costosos como infrarrojo de piridina adsorbida.

The acid-base properties of CoMo catalysts supported on amorphous alumino-silicates (ASA) with different Si/(Si+Al) atomic ratios and on alumina modified with B were determined using the 2-propanol decomposition reaction. Results were compared and validated with isopropylamine decomposition tests and with FT-IR measurements of adsorbed pyridine. A good reproducibility and high sensitivity of the 2-propanol dehydration reaction to changes and/or modifications of the catalyst surface were observed. In the case of the CoMo catalysts supported on ASA, density, strength and total active sites number increases when the Si/(Si+Al) ratio increases. This fact is attributed to an increase in the Brönsted acid sites. On the other hand, an increase in density and strength of acid sites with the increase in the B amount was observed in the case of CoMo catalysts modified with B. The results of this study support the conclusion that the selectivity in the decomposition of 2-propanol reaction is sensitive to changes in the acid-base properties showing reproducible results and comparable with the ones obtained from more expensive and sophisticated methods.