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Esta tesis se enmarca en el campo de la Ciencia de Materiales y la Química de Coordinación, ya que se centra en el diseño de nuevos materiales porosos. Específicamente, explora la síntesis, caracterización y aplicaciones de nuevos Marcos Metal-Orgánicos (MOFs) basados en zinc. En general, los principales objetivos de esta tesis son dos. En primer lugar, obtener y caracterizar nuevos polímeros de coordinación porosos (MOFs) ensamblados con ligandos oxamidato derivados de biomoléculas como aminoácidos, así como metales biocompatibles como el zinc. En segundo lugar, estudiar las propiedades y aplicaciones potenciales de estos materiales. En este sentido, se pretende proporcionar ejemplos de aplicaciones prácticas que muestren el potencial de estos nuevos MOFs, enfatizando así la importancia de estos compuestos en diferentes áreas tecnológicas. Los resultados obtenidos tienen como objetivo contribuir a la expansión del conocimiento dentro de mi grupo de investigación en relación a la síntesis de nuevos MOFs. Para lograr estos objetivos, se han llevado a cabo las siguientes tareas: (i) Diseñar procedimientos sintéticos adecuados para obtener MOFs a gran escala (polvo microcristalino) y monocristales, lo que permite su caracterización mediante difracción de rayos X de monocristal. Para este propósito, se han utilizado métodos de precipitación directa y métodos de difusión lenta, respectivamente. (ii) Estudiar las características físicas y químicas de los nuevos materiales obtenidos para poder aplicarlos en campos donde puedan mostrar un mejor rendimiento. Para ello, se han empleado varias técnicas de caracterización comúnmente utilizadas para este tipo de compuestos. Estas técnicas incluyen difracción de rayos X de monocristal (SCXRD), difracción de rayos X de polvo (PXRD), análisis elemental (EA), espectroscopía infrarroja (FT-IR), análisis termogravimétrico (TGA) y adsorción de N2. (iii) Explorar las posibles propiedades físicas y químicas de los materiales recién sintetizados y las aplicaciones que puedan surgir a partir de ellos. Cabe destacar que algunos de estos estudios se han llevado a cabo en colaboración con otros grupos de investigación. En particular, las mediciones catalíticas se han realizado en colaboración con el profesor Antonio Leyva (UPV-CSIC), y la resolución estructural se ha llevado a cabo en colaboración con la profesora Donatella Armentano de la Universidad de Calabria (Italia). Los resultados obtenidos en este trabajo se clasifican en tres capítulos diferentes. En el capítulo 2, se presenta un nuevo MOF a base de zinc (ZnII2-serimox) que es amigable con el medio ambiente, estable en agua y derivado del aminoácido natural L-serina. Este MOF fue capaz de degradar eficientemente soluciones acuosas del colorante verde brillante en tan solo 120 minutos mediante fotocatálisis. La degradación total se siguió mediante espectroscopía UV-Vis y se confirmó mediante cristalografía de rayos X de monocristal, revelando la presencia de CO2 dentro de sus canales. Estudios de reutilización demuestran la robustez estructural y de rendimiento de ZnII2-serimox. En el capítulo 3, se presenta un nuevo MOF a base de zinc derivado del aminoácido S-metil-L-cisteína (CaIIZnII6-Mecysmox), que posee canales funcionales capaces de acomodar e interactuar con antibióticos y catalizar la hidrólisis selectiva de los antibióticos penicilínicos amoxicilina y ceftriaxona. En particular, el MOF CaIIZnII6-Mecysmox degrada eficientemente el anillo β-lactámico de cuatro miembros de la amoxicilina, actuando como un mimético de la β-lactamasa y ampliando el número muy limitado de MOFs capaces de imitar procesos enzimáticos catalíticos. Estudios combinados de difracción de rayos X de monocristal y cálculos funcionales de densidad (DFT) ofrecen información única sobre las interacciones entre los huéspedes y las moléculas de amoxicilina en los canales funcionales de CaIIZnII6-Mecysmox. Esto permite proponer un mecanismo de degradación basado en la activación de una molécula de agua promovida por un grupo hidroxilo puente de zinc, que ataca de forma nucleofílica el grupo carbonilo y rompe el enlace C-N del anillo lactámico. En el capítulo 4, se presenta otro MOF a base de zinc, isoreticular al mostrado en el capítulo 3, pero con una pequeña diferencia en su composición: la sustitución de los cationes de Ca(II) por cationes de Sr(II), lo que ha resultado en una mayor robustez del material. Aprovechando las propiedades catalíticas de los átomos de Zn(II) y los espacios confinados que esta estructura ofrece, incluyendo el tamaño poroso y los sitios metálicos abiertos disponibles, este MOF fue capaz de catalizar la cicloadición del óxido de etileno y el óxido de propileno con CO2 para obtener carbonatos de etileno y propileno, con rendimientos de hasta el 95% y selectividad completa. Estos resultados confirman aún más el poder catalítico que los MOFs tienen en la síntesis selectiva de productos industrialmente relevantes, proporcionando una alternativa atractiva a los catalizadores heterogéneos actuales. This thesis falls within the field of Materials Science and Coordination Chemistry, as it focuses on the design of new porous materials. Specifically, it explores the synthesis, characterization, and applications of new Zn-based Metal-Organic Frameworks (MOFs). In general, the main objectives of this thesis are twofold. Firstly, to obtain and characterize new porous coordination polymers (MOFs) assembled with oxamidate ligands derived from biomolecules such as amino acids, as well as biocompatible metals like zinc. Secondly, to study the properties and potential applications of these materials. In this sense, I aim to provide real-life examples showcasing the potential applications of these new MOFs, thereby emphasizing the significance of these compounds in different technological areas. The obtained results are intended to contribute to the expansion of knowledge within my research group regarding the synthesis of novel MOFs. To achieve these objectives, the following tasks have been carried out: (i) Designing suitable synthetic procedures to obtain MOFs on a large scale (microcrystalline powder) and single crystals, thereby enabling their characterization through single-crystal X-ray diffraction. For this purpose, direct precipitation methods and slow diffusion methods have been employed, respectively. (ii) To study the physical and chemical characteristics of the newly obtained materials in order to apply them in fields where they can demonstrate better performance, several commonly used characterization techniques for these types of compounds have been employed. These techniques include single-crystal X-ray diffraction (SCXRD), powder X-ray diffraction (PXRD), elemental analysis (EA), infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA) and N2 adsorption. (iii) Explore the potential physical and chemical properties of the newly synthesized materials and the applications that may arise from them. It is worth noting that some of these studies have been conducted in collaboration with other research groups. In particular, catalytic measurements have been carried out in collaboration with Professor Antonio Leyva (UPV-CSIC), and structural resolution has been conducted in collaboration with Professor Donatella Armentano from the University of Calabria (Italy). The results obtained in this work are classified intro three different chapters. In chapter 2, it is present a novel bio-friendly water-stable Zn-based MOF (ZnII2-serimox), derived from the natural amino acid L-serine, which was able to efficiently photodegrade water solutions of brilliant green dye in only 120 min. The total degradation was followed by UV-Vis spectroscopy and further confirmed by single-crystal X-ray crystallography, revealing the presence of CO2 within its channels. Reusability studies further demonstrate the structural and performance robustness of ZnII2-serimox. In chapter 3, a novel Zn-based metal–organic framework derived from the amino acid S-methyl-L-cysteine is presented (CaIIZnII6-Mecysmox), possessing functional channels capable to accommodate and interact with antibiotics, which catalyze the selective hydrolysis of the penicillinic antibiotics amoxicillin and ceftriaxone. In particular, MOF CaIIZnII6-Mecysmox degrades, very efficiently, the four-membered β-lactam ring of amoxicillin, acting as a β-lactamase mimic, expanding the very limited number of MOFs capable of mimicking catalytic enzymatic processes. Combined single crystal X-ray diffraction (SCXRD) studies and density functional (DFT) calculations offer unique snapshots on the host guest-interactions established between amoxicillin and the functional channels of CaIIZnII6-Mecysmox. This allows to propose a degradation mechanism based on the activation of a water molecule, promoted by a Zn-bridging hydroxyl group, concertedly to the nucleophilic attack to the carbonyl moiety and the cleaving of C-N bond of the lactam ring. In chapter 4, another Zn-based metal-organic framework isoreticular to the previous one shown in chapter 3 is presented (SrIIZnII6-Mecysmox) with a slight different in composition- the substitution of Ca(II) cations with Sr(II) ones- which has resulted in enhanced robustness of the material. Taking advantage of the catalytic properties of Zn(II) atoms and the confined spaces that this structure offer, porous size and available open metal sites, this MOF was able to catalyze the cycloaddition of ethylene oxide and propylene oxide with CO2 to obtain ethylene and propylene carbonates, obtaining yields up to 95% and complete selectivity. These results further confirm the catalytic power that MOFs have in selective syntheses of industrially relevant products, providing an appealing alternative to the current heterogeneous catalysts.

A meeting sponsored by the International Society of Electrochemistry The I Meeting on Electrochemical Energy Conversion and Storage Devices was held online at University Carlos III of Madrid (UC3M) on January 28th-29th, 2021. The program was divided into two main blocks: 1. Energy conversion devices: fuel cells, electrolyzers, and components. 2. Energy storage devices: redox flow batteries, lithium and post-lithium batteries, and components.

The investigations of this work are dedicated to the production of highly alkali resistant porous glasses, evaluating the effect of adding ZrO2 to the sodium borosilicate Vycortype glass. The additions were made with the purpose of improving the ability of the silica porous structure to withstand alkaline solutions. Base glasses (BG) with 0 mol% ZrO2 (Zr0), 3 mol% ZrO2 (Zr3) and 6 mol% ZrO2 (Zr6) were produced by the conventional melting and quenching method. The vitreous structure of the BG was confirmed by XRD. Further characterization tests such as density, ATR and DSC were performed as well. To induce spinodal phase separation and create a two-phase matrix (an insoluble silica rich phase and a soluble sodium-borate phase), BG were heat treated at different temperatures from 560 °C to 700 °C for 12 hours. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed the expected interconnected sponge-like morphology. Pore sizes were calculated according to the DIN EN ISO 13383 norm. There is a well-defined tendency of pore size growth with increasing heat treatment temperature and time for 0 mol% ZrO2 and 3 mol% ZrO2 glasses. SEM images also show a decrease in pore size when ZrO2 is added to the glass. The 6 mol% ZrO2 glass did not show spinodal phase separation. Based on the pore size results, a heat treatment temperature of 680 °C was chosen for the following tests. To obtain a porous sample, the soluble sodium-borate phase needs to be leached with HCl solution. For this, leaching temperature and the HCl solution were varied, as well as the subsequent drying process.The best leaching results were obtained with a solution of 1 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at room temperature for two days and 2 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at 70 °C for seven days, for Zr0 and Zr3, respectively. To study the durability of porous glasses, alkali resistance tests against 0.1 M NaOH were carried out. It was shown that the alkali stability of Zr0 glass is very low (mass loss of about 20 % in 22 hours). However, when 3 mol% ZrO2 is added to the glass the weight loss percentage is reduced significantly (mass loss of about 4 % in 22 hours). It was found that the presence of zirconia in the silica rich porous structure improves the stability against alkali dramatically. A big problem is the leaching of the phase separated glasses, which very often resulted in breaking of the samples. Las investigaciones de este trabajo se basan en la producción de vidrios porosos altamente resistentes a los álcalis, evaluando el efecto de la adición de ZrO2 al vidrio borosilicato de sodio tipo Vycor. Las adiciones se realizaron con el propósito de mejorar la capacidad de la estructura porosa de sílice para resistir soluciones alcalinas. Se produjeron vidrios base (BG) de 0 % mol ZrO2 (Zr0), 3 % mol ZrO2 (Zr3), 6 % mol ZrO2 (Zr6) mediante el método convencional de fusión y enfriamiento. La estructura amorfa de BG fue confirmada por DRX. También se realizaron más pruebas de caracterización como densidad, ATR y DSC. Para inducir la separación de fases espinodal y crear una matriz de dos fases (una fase insoluble rica en sílice y una fase soluble de borato de sodio), se trataron térmicamente BG a diferentes temperaturas de 560 °C a 700 °C durante 12 horas. La microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmó la morfología esperada similar a una esponja interconectada. Los tamaños de los poros se calcularon según la norma DIN EN ISO 13383. Existe una tendencia bien definida de crecimiento del tamaño de los poros con el aumento de la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico para vidrios con 0 % mol ZrO2 y 3 % mol ZrO2. Las imágenes SEM también muestran una disminución en el tamaño de los poros cuando se agrega ZrO2 al vidrio. El vidrio de ZrO2 al 6 % en moles no mostró separación de fases espinodal. Basándose en los resultados del tamaño de los poros, se eligió una temperatura de tratamiento térmico de 680 °C para las siguientes pruebas. Para obtener una muestra porosa, la fase soluble de borato de sodio debe lixiviarse con una solución de HCl. Para ello se varió la temperatura de lixiviación y la solución de HCl, así como el posterior proceso de secado, los mejores resultados de lixiviación se obtuvieron con una solución de 1 M HCl + Etanol al 70 % (proporción 9: 1) a temperatura ambiente durante dos días y 2 M HCl + etanol al 70 % (proporción 9: 1) a 70 °C durante siete días, para Zr0 y Zr3, respectivamente. Para estudiar la durabilidad de los vidrios porosos, se llevaron a cabo pruebas de resistencia a los álcalis frente a 0.1 M NaOH. Se demostró que la estabilidad alcalina del vidrio Zr0 es muy baja (pérdida de masa de aproximadamente el 20 % en 22 horas). Sin embargo, si se añade al vidrio un 3 % en moles de ZrO2, el porcentaje de pérdida de peso se reduce significativamente (pérdida de masa de aproximadamente 4 % en 22 horas). Se encontró que la presencia de zirconia en la estructura porosa rica en sílice mejora la estabilidad frente a los álcalis drásticamente. Un gran problema es la lixiviación de los vidrios con separación de fases, que muy a menudo provoca la rotura de las muestras.

Programa de Doctorado en Medio Ambiente y Sociedad, Línea de Investigación: Simulación Molecular de Sistemas Complejos con Aplicaciones Medioambientales, Clave Programa: DAM, Código Línea: 89, En esta tesis se aborda el uso de materiales porosos como soluciones postproductivas para la reducción y eliminación de gases contaminantes tales como óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, dióxido de carbono, hexafluoruro de azufre y agentes de guerra química. Para este fin íntimamente relacionado con la protección del medio ambiente y la mejora de la calidad del aire y la salud, se han utilizado dos familias de materiales con demostrada aplicabilidad en la actualidad en este tipo de procesos, como son las zeolitas y los MOFs (del inglés Metal Organic Frameworks). Dichas familias de materiales presentan amplia diversidad, ya sea de topológica (en el caso de las zeolitas) y o estructural (en el caso de los MOFs). En este ámbito, la simulación molecular se perfila como una herramienta esencial a la hora no solo de dar una explicación a nivel molecular de los fenómenos que rigen el proceso de captura y separación de los distintos gases, sino también como elemento capaz de probar y cribar un gran número de materiales e incluso diseñar otros nuevos. En este trabajo, se han usado técnicas de simulación molecular bien conocidas y validadas una amplia trayectoria (Monte Carlo y Dinámica Molecular). Por medio de estas técnicas se han estudiado procesos de adsorción y difusión de gases contaminantes en el seno de los materiales porosos anteriormente citados. Los procesos de adsorción/separación concretos que se han abordado en esta tesis son 1) adsorción de gases de combustión y gases de efecto invernadero, incluyendo SO2, CO2, SF6 y CO usando zeolitas 2) el estudio del efecto del confinamiento en la reacción de dimerización del NO2 y 3) materiales capaces de abordar la captura de agentes químicos de guerra en presencia de humedad atmosférica para la protección contra eventuales ataques deliberados. Efecto de la topología en la captura y separación de compuestos de azufre gaseosos (Capítulos 2 y 3). En este bloque se profundiza en el estudio a nivel molecular del efecto que ejercen una larga variedad de materiales zeolíticos con diferente topología en la captura y separación de compuestos de azufre (SO2 y SF6) con importancia ambiental. Para ello se tienen en cuenta no solo propiedades de adsorción a bajo recubrimiento, sino también propiedades de difusión y selectividades a condiciones de presión y temperatura óptimas para realizar el proceso de separación y captura. Concretamente, en el Capítulo 2 se aborda la captura selectiva de SO2 sobre CO2 y CO, una mezcla proveniente de gases de combustión. Por otro lado, en el Capítulo 3 se pone el foco en mezclas de SF6 y N2, comúnmente utilizadas en la industria eléctrica como aislante. Cabe destacar que en ambos capítulos se han desarrollado los parámetros de interacción para describir la adsorción de los compuestos de azufre anteriormente citados en zeolitas, ajustando los resultados obtenidos con datos experimentales. Las principales conclusiones de este bloque de contenidos son: Los dos compuestos de azufre muestran la interacción más fuerte con las zeolitas respecto al resto de gases estudiados, un comportamiento que está relacionado con su tamaño y forma. Por otro lado, las interacciones más fuertes se observan en materiales con menor volumen de poro, aunque hay algunas estructuras concretas que escapan de esta tendencia general debido a la existencia de sitios específicos de adsorción que son capaces de modificar la afinidad por el material a bajo recubrimiento. De este modo, para el SO2 zeolitas como MOR son las más selectivas. Sin embargo, el mayor tamaño de la molécula de SF6 hace que no pueda acceder a alguno de estos sitios, de forma que las estructuras que los presentan (por ejemplo MOR) muestran la peor selectividad hacia este gas. Del estudio de la mezcla ternaria SO2/CO2/CO en condiciones ambientales se extrae que el SO2 es el gas más adsorbido a pesar de hallarse en menor proporción en la mezcla. Por otro lado, del estudio de la mezcla binaria SF6/N2 a temperatura ambiente se concluye que el intervalo óptimo de trabajo está localizado entre 3x102-3x103 kPa. En ambos capítulos se subraya la importancia de tener en cuenta las propiedades de difusiÿsn para la selección de de los materiales más adecuados, llegándose a descartar materiales que habían mostrado una buena selectividad de adsorción por ser muy baja la difusión en ellos En cuanto a la topología, se concluye que estructuras con sistemas de canales y bajo volumen de poro son los más adecuadas para la captura selectiva de SO2 sobre CO2, mientras que la separación de SF6 de N2 es más eficiente utilizando zeolitas con sistemas de canales interconectados de tamaño de poro comprendido entre 5 y 7 Å. Efecto del confinamiento en el equilibrio de sistemas reactivos (Capítulo 4): El capítulo 4 se centra en identificar el efecto que ejerce el confinamiento sobre sistemas reactivos como el que constituye el proceso de formación de dímeros a partir de la molécula de NO2. Para ello se utilizan una serie de zeolitas con distinta topología para hacer un estudio comparativo del equilibrio fuera y dentro de cada una de ellas y su evolución frente a condiciones cambiantes de presión y temperatura. De este capítulo cabe destacar las siguientes conclusiones: El confinamiento en zeolitas es responsable de la formación de dímeros debido tanto a un incremento en la densidad del adsorbato como a un comportamiento selectivo del material hacia esta especie. En cuanto a las mayores modificaciones de las condiciones ideales de equilibrio, estas se han se han observado en zeolitas de tipo canales con poros de diámetro similar a las moléculas de estudio. Por otro lado, la formación de dímeros debida al confinamiento también se ve afectada por la existencia de sitios preferentes de adsorción al aumentar estos la afinidad de los materiales por las moléculas de monómero a determinadas condiciones de presión y temperatura. Estas particularidades mostradas por algunos materiales deben tenerse cuidadosamente en consideración cuando se trabaje con sistemas reactivos de naturaleza similar al estudiado. Captura selectiva de agentes de guerra química usando MOFs (Capítulo 5): En este quinto capítulo se estudia la capacidad de un elevado número de materiales para la captura de una serie de agentes químicos (gas mostaza, sarin y soman) en presencia de humedad atmosférica. Para ello se analiza la hidrofobicidad de los materiales, seleccionando aquellos que minimicen la adsorción de agua. A partir de estos se realiza una nueva selección de los materiales en base a su capacidad de adsorción para las tres moléculas de estudio. El proceso se finaliza con la síntesis y prueba experimental de uno de los materiales seleccionados para validar todo el método computacional de selección. Las conclusiones más relevantes de este estudio son: El buen acuerdo entre los resultados obtenidos para los agentes de guerra química y cada uno de sus respectivos compuestos análogos comúnmente utilizados en procedimientos experimentales, apoyan su uso para extrapolar resultados relativos a los primeros. El uso de simulaciones con un bajo coste computacional, como la obtención de calores de adsorción y constantes de Henry, para la búsqueda de materiales que minimicen la adsorción de agua ha quedado revalidado con los resultados obtenidos en condiciones de alta humedad relativa. El propio proceso de selección de materiales usando diferentes metodologías computacionales ha sido finalmente validado por los resultados experimentales obtenidos tras la síntesis y prueba de uno de los materiales seleccionados. Estos resultados experimentales muestran una excelente adsorción para sulfuro de dietilo, molécula análoga al gas mostaza, en presencia de agua, así como una buena estabilidad del material durante el proceso. Como conclusión general, los resultados mostrados en esta tesis demuestran la utilidad de la simulación como instrumento para la selección y el diseño de materiales capaces de ayudar a mejorar algunos problemas ambientales que nos afectan a la sociedad actual. En cuanto al proceso de cribado y selección, los resultados también demuestran que dicho proceso no puede basarse solo en el estudio de propiedades de adsorción a bajo recubrimiento, sino que además debe incluir simulaciones más complejas y costosas que proporcionen informaciÿsn sobre la capacidad de adsorción y difusión de los materiales en las condiciones de presión y temperatura de interés para cada proceso concreto. Finalmente se destaca la importancia de una buena sinergia entre los procedimientos experimentales y la simulación, herramientas que como se ha demostrado se retroalimentan y se ayudan entre ellas para seleccionar los materiales más adecuados para cada proceso de captura y separación., Universidad Pablo de Olavide de Sevilla. Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales, Postprint

La presente Tesis ha sido enfocada en la síntesis de Polímeros de Coordinación (CPs) y Metal-organic frameworks (MOFs) a partir de ligandos basados en biomoléculas para la obtención de materiales nuevos y funcionales. Sobre esta premisa, la Tesis aborda dos líneas de investigación principales que han sido desarrolladas para alcanzar los objetivos propuestos: i) estudiar la influencia de la razón enantioméricos de dos ligandos quirales sobre la estructura y quiralidad en Metal-Organic Frameworks, y ii) el diseño y la síntesis de nuevos polímeros de coordinación basados en adenina, ligandos aromáticos tetracarboxílicos y metales de transición. En el Capítulo 1, mostramos un breve resumen a cerca de la química, los métodos de síntesis y las aplicaciones actuales de CPs/MOFs, como, por ejemplo, absorción de gases o catálisis, con énfasis en aquellos en los cuales se usan biomoléculas como bloques de construcción. Posteriormente, en el Capítulo 2, describimos los objetivos generales de nuestra tesis. El Capítulo 3 describe la importancia de la quiralidad como una importante propiedad en CPs/MOFs, y resume los resultados obtenido y publicados en el artículo “The influence of the enantiomeric ratio of an organic ligand on the structure and chirality of metal–organic frameworks”, Chemical Communications, 2014, 50, 13829-13832. En este trabajo, hemos mostrado la importancia de la razón enantiomérica como variable relevante en la síntesis de MOFs porosos, y que puede ser tomada en cuenta como variable con resultados sorprendentes, la cual vii nos ha permitido obtener materiales porosos variando la razón enantiomérica. En el Capítulo 4, hemos tratado de desarrollar nuevos polímeros de coordinación basados en adenina usando ácidos aromáticos tetracarboxílicos, como ligandos auxiliares y Co(II). Lo resultados han sido publicados en el artículo titulado “Two New Adenine-based Co(II) Coordination Polymers: Synthesis, Crystal Structure, Coordination Modes and Reversible Hydrochromic Behavior”, Crystal Growth and Design, 2015, 15, 3182–3189, donde hemos aprovechado de los cinco sitios potenciales de coordinación y mostrado la importancia de adenina como ligando rígido en la síntesis de polímeros funcionales., The present Thesis has been addressed to the synthesis of bio-related metal-organic frameworks and coordination polymers as novel and functional materials. On the basis of the above, two main lines were developed to reach the objectives proposed: i) study the influence of enantiomeric ratio of two chiral ligands over the structure and chirality in Metal-Organic Frameworks, and ii) the design and synthesis of novel coordination polymers based in nucleobase-adenine, aromatic tetracarboylate ligands and transition metals. In Chapter 1, we showed a brief review about Coordination Polymers (CPs)/Metal-Organic Frameworks (MOFs), their chemistry, synthetic methods and their current applications, as gas adsorption or catalysis, with emphasis in ones which use biomolecules as building blocks for the construction of coordination polymers. Then, general objectives of this Thesis are described in Chapter 2. Chapter 3 describes the importance of chirality as an important property in CPs/MOFs, and summarized the results obtained and reported in the article “The influence of the enantiomeric ratio of an organic ligand on the structure and chirality of metal–organic frameworks”, Chemical Communications, 2014, 50, 13829-13832. In this work, we showed the importance of enantiomeric ratio as relevant variable in the synthesis of porous metal-organic frameworks, and as it might be introduced as variable with surprising results, which enabled us to obtain a porous material varying the enantiomeric ratio. v In Chapter 4, we aimed to develop new adenine-based coordination polymers using aromatic tetracarboxylic acids, as auxiliary linker and Co(II). We showed in the article titled “Two New Adenine-based Co(II) Coordination Polymers: Synthesis, Crystal Structure, Coordination Modes and Reversible Hydrochromic Behavior”, Crystal Growth and Design, 2015, 15, 3182–3189, where we took advantage of its five potential coordination sites for metal binding, showing the relevance of adenine as rigid linker in the synthesis of functional coordination polymers.

Producción Científica, In this paper we study the optical properties of nanoporous gallium nitride (GaN) epitaxial layers grown by chemical vapour deposition on non-porous GaN substrates, using photoluminescence, cathodoluminescence, and resonant Raman scattering, and correlate them with the structural characteristic of these films. We pay special attention to the analysis of the residual strain of the layers and the influence of the porosity in the light extraction. The nanoporous GaN epitaxial layers are under tensile strain, although the strain is progressively reduced as the deposition time and the thickness of the porous layer increases, becoming nearly strain free for a thickness of 1.7 μm. The analysis of the experimental data point to the existence of vacancy complexes as the main source of the tensile strain., Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Projects No. TEC2014-55948-R and MAT2016-75716-C2-1-R (AEI/FEDER, UE), Junta de Castilla y León (programa de apoyo a proyectos de investigación – Ref. Projects VA293U13 and VA081U16), Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (Proyect CICYT MAT2010-20441-C02), Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Projects No.ENE2014-56069-C4-4-R)

Los residuos de biomasa han sido usados para la producción de carbones activados, en este proceso, el método para obtenerlos y la materia prima determinan propiedades como la porosidad y área superficial del carbón. Tras la extracción del aceite de higuerilla se genera un subproducto sólido (torta) de difícil salida, que fue usado en la producción de carbón activado, en busca de la valorización de este residuo sólido. Para tal fin se emplearon dos métodos tradicionales. En primer lugar, activación física usando como agentes activantes vapor de agua, CO2 y una mezcla de estos gases, adicionalmente se realizó activación química usando K2CO3 como agente activante. Algunos de los carbones obtenidos fueron caracterizados usando isotermas de adsorción/desorción de N2 donde se lograron áreas superficiales BET entre 255,98 (m²/g) y 1218,43 (m²/g), del análisis por SEM y EDS se encontró que los materiales obtenidos por ambos tipos de activación son principalmente amorfos y que las características morfológicas de los carbones obtenidos mediante activación física son muy diferentes de los obtenidos por activación química. Finalmente, a través de impregnación con sales de Ni y Mo se evidenció que por características como la alta dispersión obtenida, estos materiales carbonosos presentan un potencial para ser usados como soporte catalítico. Biomass residues have been used to produce activated carbons. On this process, the activation method and the raw composition determine the properties as porosity and surface area of the charcoal. After the extraction of castor oil, there is a solid byproduct (cake) of low added value, which was used in the production of activated carbon to add value to this waste. For this purpose two traditional methods were used, first, physical activation using as activating agents steam, CO2 and mixture of both, and additionally chemical activation using K2CO3 as the activating agent. Some activated carbons were characterized using N2 adsorption isotherms, BET surface areas varied between 255.98 (m²/g) and 1218.43 (m²/g). By SEM and EDS analysis was possible to observe that materials obtained by the two types of activation are principally amorphous and morphological characteristics of the carbon obtained by physical activation are very different from those obtained by chemical activation. Finally, through impregnation of inorganic phases of Ni and Mo was revealed that the high dispersion characteristics, these carbonaceous materials will have potential to be used as catalyst support.

Programa de Doctorado en Medio Ambiente y Sociedad, Línea de Investigación: Simulación Molecular de Sistemas Complejos con Aplicaciones Medioambientales, Clave Programa: DAM, Código Línea: 89, En este trabajo de tesis, se usa la simulación molecular para el estudio de las propiedades de adsorción y difusión de diversos gases en materiales nanoporosos. Para ello, se han elegido gases con importancia ambiental y se han estudiado procesos que pueden ser utilizados para reducir las emisiones de ciertos contaminantes. Los estudios se centran en zeolitas y MOFs, ambos tipos de materiales son bien conocidos y tienen numerosas aplicaciones industriales, haciéndolos buenos candidatos para los procesos de estudio. Para las simulaciones se han usado tanto campos de fuerza disponibles en la literatura, como modelos nuevos desarrollados durante el trabajo. Se han estudiado los mecanismos que guían los comportamientos de adsorción y difusión, así como la distribución de las moléculas dentro de las estructuras. Influencia de la topología en el proceso de adsorción/separación de gases de efecto invernadero y otros contaminantes (Capítulos 2 y 3) En el capítulo 2 se utilizan campos de fuerzas y modelos previamente publicados para el estudio de la separación de una mezcla de gas natural en diferentes MOFs. Con este objetivo se estudia la adsorción de los principales componentes del gas natural (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2) en dos estructuras metal-orgánicas cristalinas bien conocidas (Cu-BTC e IRMOF-1). De acuerdo con las diferencias topológicas y la distribución de las moléculas dentro de las estructuras, cada una de ellas será usada para una finalidad distinta. Una vez demostrada la eficiencia del Cu-BTC en los procesos de separación, en el capítulo 3 se estudia la capacidad de dicho material para la eliminación de CCl4 del aire. Para ello, se estudian las propiedades tanto de adsorción como de difusión de las moléculas dentro de la estructura. Además, se propone un bloqueo selectivo de parte de la estructura con el fin de aumentar la selectividad del material en el proceso de separación. Efecto de la humedad en los procesos de adsorción y separación (Capítulos 4 y 5) Para profundizar en el estudio de la eliminación de CCl4 del aire, en el capítulo 4, se discute el efecto que tiene la humedad relativa del aire en el proceso de separación. En primer lugar se discuten los modelos de las moléculas de estudio, y a continuación se analiza la adsorción y difusión de las mezclas para ver la influencia de distintos porcentajes de humedad relativa en la eliminación de CCl4 usando Cu-BTC. En el capítulo 5 se investiga el efecto del agua en la adsorción de CO en diferentes estructuras metal-orgánicas cristalinas. Tras una discusión acerca de los diferentes modelos de CO y sus propiedades de adsorción en Cu-BTC, IRMOF-1 y MIL-47, se propone un nuevo modelo de CO. Finalmente se estudia la influencia de la presencia de agua en la adsorción de CO en Cu-BTC e IRMOF-1. Adsorción de gases en presencia de cationes (Capítulos 6 y 7) En el capítulo 6 se estudia el proceso de adsorción de CO2 en aluminosilicatos. Dependiendo de la relación Si/Al dentro de la estructura, se pueden formar complejos entre el CO2 y los cationes que interaccionan con la estructura. En este trabajo se combinan técnicas experimentales y de simulación, para investigar dicho efecto en zeolitas tipo FAU y LTA. Desde el punto de vista de la simulación se usa un campo de fuerzas transferible para definir las interacciones del CO2 con las estructuras, y se proporcionan nuevos parámetros para reproducir dichas interacciones en los casos en los que se forman complejos. No existen muchos campos de fuerzas transferibles publicados para el estudio de adsorción en zeolitas. En el capítulo 7, se usan modelos previos para CH4 y Ar y se diseñan algunos nuevos para O2, N2 y CO, con el objetivo de estudiar la adsorción de dichos gases tanto en estructuras pura sílice como en aluminosilicatos. Separación de enantiómeros (Capítulos 8 y 9) Otro proceso de separación de interés industrial es la separación de enantiómeros de mezclas racémicas. En el capítulo 8, se investiga el comportamiento selectivo de zeolitas durante la adsorción de pequeños enantiomeros quirales, tales como el CHClFBr. A raíz de trabajos previos con moléculas no polares, se estudia la necesidad de cationes para la inducción de selectividad en zeolitas tipo MFI. Además se estudia el efecto de la topología en el comportamiento selectivo a través de la adsorción en zeolitas tipo MEL, FER y TON. En el capítulo 9 se usa el conocimiento adquirido en el capítulo anterior para describir el mecanismo que controla la adsorción de mezclas enantioméricas de ácido láctico en zeolitas tipo MFI. Las principales conclusiones obtenidas a partir de los estudios realizados son: En lo relativo a la influencia de la topología en el proceso de adsorción/separación de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, se ha visto que estructuras con grandes cavidades como IRMOF-1 son materiales idóneos para los procesos de almacenamiento, mientras que estructuras que combinan cajas de diferente tamaño como Cu-BTC, presentan resultados prometedores en procesos de separación. Además, dependiendo de la distribución de las moléculas dentro de las estructuras y considerando su competencia por los sitios preferenciales de adsorción, es posible aumentar o reducir la selectividad de un material hacia ciertos gases mediante el bloqueo selectivo de partes de la estructura. En cuanto al estudio del efecto de la humedad en los procesos de adsorción y separación, se ha comprobado que la humedad relativa del aire es una alternativa interesante para modificar el comportamiento de un determinado material. Dado que la estabilidad de algunos materiales en presencia de agua es un tema delicado ya que en muchos casos éstos pierden su estructura cristalina cuando el agua ataca los centros metálicos, es importante saber cuál es la cantidad máxima de agua que un material puede contener sin que su estructura se vea afectada. Es posible combinar topología, diferentes contenidos de agua y polaridad de las moléculas de estudio para aumentar o reducir las capacidades de adsorción de un material. Respecto a la adsorción de gases en presencia de cationes, se ha visto la necesidad de una buena caracterización de los sistemas, ya que el tipo, la densidad y la movilidad de dichos cationes, tienen una gran influencia en los procesos de adsorción. En los estudios de separación de enantiómeros, se ha comprobado que mezclas escalémicas de compuestos quirales pueden ser separados usando zeolitas no quirales. Esta separación es sensible a la presencia de cationes, su distribución dentro de las estructuras y su topología dependiendo del tamaño, forma y polaridad de los adsorbatos. Por último y como conclusión general de este trabajo, se hace evidente la utilidad de las técnicas de simulación molecular para la comprensión de mecanismos de adsorción y difusión. Para ello es imprescindible contar con modelos y campos de fuerza realistas que sean capaces de reproducir los comportamientos experimentales de los sistemas. Como consecuencia, el conocimiento adquirido puede servir para determinar los mejores materiales y condiciones para mejorar la eficiencia de una gran variedad de procesos con interés industrial y ambiental., Universidad Pablo de Olavide. Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales

La silica (SiO2) porosa es uno de los adsorbentes históricamente más utilizado a nivel industrial en multitud de procesos. Sin embargo, el crecimiento acelerado de la demanda de nuevos materiales basados en nanotecnología y de nuevos procesos límpios y sostenibles ha hecho necesario el desarrollo de adsorbentes con nuevas o mejores propiedades fisico-químicas. Una de las opciones más empleadas para modificar la silica porosa es la incorporación de moléculas orgánicas con grupos funcionales dando lugar a materiales híbridos en los que se combinan las propiedades de ambos componentes. En esta tesis doctoral, se ha optado por el uso de dióxido de carbono supercrítico (scCO2) como disolvente para llevar a cabo ésta funcionalización. Estos procesos supercríticos, diseñados como sostenibles, actúan como sustitutos de técnicas convencionales que emplean disolventes orgánicos. En esta tesis se ha trabajado principalmente con matrices de sílica amorfa de poros structuralmente ordenados (MCM-41, 4 nm) y de poros desordenados (silica gel, 4-9 nm), analizándose sólo marginalmente las propiedades conferidas mediante la funcionalización a matrices cristalinas microporosas tipo zeolitas. Como agentes funcionalizantes, se han estudiado alkyl- y aminosilanos (octiltrietoxisilano y (methylamino)propyltrimethoxysilane ) y la aziridina que mediante una reacción de polimerización catalizada por CO2 forma la polietilenimina (PEI) dentro de los poros de la sílica, dando lugar a una red polimérica hiper-ramificada de grupos amino. Se trata de un método novedoso que únicamente requiere CO2 comprimido como reactivo y catalizador de la reacción de polimerización de la aziridina, que habitualmente requiere el empleo de disolventes orgánicos, catalizadores sólidos, altas temperaturas y largos tiempos de reacción. La funcionalización de silica porosa con aminosilanos en scCO2 es de mayor complejidad que en el caso de los alquilsilanos, ya que la alta reactividad entre los grupos amino y el CO2 da lugar a la formación de carbamatos insolubles en scCO2. Sin embargo, la reacción de formación de carbamatos pudo ser parcialmente inhibida mediante el control de la presión y la temperatura del medio de reacción. Los materiales obtenidos se han caracterizado mediante técnicas de estado sólido: adsorción de N2 a baja temperatura, análisis térmico, espectroscopia de infrarojo, método de tritación de Karl-Fischer, difracción de rayos X, espectrometría de masas por MALDI-ToF y difracción de luz estática. No obstante, también se han empleado técnicas de modelado y simulación molecular como herramientas complementarias, que permiten el estudio de estos sistemas de adsorción complejos con mayor nivel de detalle. La cadena alquílica del alkylsilano confiere al sistema poroso propiedades hidrofóbicas, preparándose de esta manera materiales útiles en la adsorción de aceites. La funcionalización con moléculas orgánicas que presentan el grupo amino ha permitido la preparación de materiales utilizados en procesos de adsorción y separación de CO2 en mezclas diluidas de gases (secuestro de CO2). Las propiedades adsorbentes de CO2 de las aminosílicas sintetizadas han sido evaluadas combinando técnicas experimentales de adsorción con simulaciones moleculares. La caracterización de estos materiales se basa en la evaluación de propiedades tales como la capacidad total de adsorción de CO2 y la influencia de la temperatura, la selectividad en la adsorción de CO2 en mezclas de gases, la estabilidad en la adsorción/desorción por ciclos y las cinéticas de estos procesos que han sido determinadas mediante tanto medidas termogravimétricas como mediante isotermas de adsorción de CO2 a diferentes temperaturas., Historically, porous silica (SiO2) is one of the most used adsorbents for a wide variety of processes in the industry. However, the fast grown on the demand of new nanotechnology based materials and sustainable green processes have made necessary the development of adsorbents with improved physico-chemical properties. One of the most applied options to modify porous silica is the incorporation on the surface of organic functional molecules, giving place to hybrid materials, in which the properties of both components are combined. In this doctoral thesis, supercritical carbon dioxide (scCO2) has been used as the solvent to carry out the functionalization processes. Carbon dioxide is a sustainable solvent and its use has been preferred in front of toxic organic liquid solvents, often applied in the traditional methods of synthesis. Amorphous silica matrices with structural ordered pores (MCM-41, 4 nm) and disordered pores (silica gel, 4-9 nm) were selected for the functionalization processes. Besides, the properties conferred by functionalization to microporous crystaline zeolites have been preliminary studied. The modifying agents applied in this thesis were either alkyl (octyltriethoxysialane) or amino (methylaminopropyltrimethoxisilane) silane and aziridine. The later compound is a monomer which polymerizes in presence of CO2, leading to hyperbranched polyethyleneimine (PEI) with multiple amino groups formed into the silica pores. This novel method only requires compressed CO2 as the reagent and the catalyst of the polymerization reaction of aziridine, which usually requires the use of organic solvents, a solid catalyst, high temperatures and long processing times. The functionalization of porous silica with aminosilane in scCO2 is more complex than the case of alkysilanes due to the high reactivity between amino groups and CO2 to form unsoluble carabamate species. However, in this study a protocol was designed to partially inhibit carabamate formation by controlling the pressure and temperature of the reaction media. The obtained materials were characterized using solid state characterization tools: low temperature N2 and CO2 adsorption, thermal analysis, infrared spectroscopy and X-Ray diffraction. Moreover, modeling and simulation methods were used as complementary tools that allowed the study of this complex systems with a high level of detail. The alkyl chain of the alkylsilane induced to the porous system a hydrophobic behavior, hence, obtaining materials candidates for oil adsorption. The functionalization with organic molecules containing the amino group allowed the preparation of materials for the adsorption and separation of CO2 from diluted gases (CO2 sequestration). The CO2 adsorption properties of the synthesized aminosilicas were evaluated combining experimental adsorption tools with molecular simulations. The characterization of these materials was based on the evaluation of the overall CO2 adsorption capacity and the influence of the temperature, the selectivity of the CO2 adsorption in gas mixtures, the stability in the cyclic adsorption/desorption process and the kinetics, which were determined by performing both microbalance and CO2 adsorption isotherms at different temperatures.

Nanomaterials have structured components with at least one dimension of less than 100 nm. Their novel properties stem from their nanoscale dimensions and increased relative surface area, and they have a wide range of applications in several key fields, including medicine. In this thesis we focus on meso- and meso/macroporous silica materials and nanoparticle. We examine how the properties of nanomaterials are influenced by the experimental conditions used in their synthesis. We then explore the possibility of tailoring such properties by varying the parameters in the process of manufacture. To this end we prepared a range of materials, including mesoporous silica, meso/macroporous silica, silica porous spheres and silica nanoparticles and studied their properties. We also examined the micellar solutions and emulsions that are used in the synthesis of these materials, their micellar and droplet size, the phase behavior of the surfactant systems involved in the synthesis, the stability and rheological behavior of the emulsions and the scale up parameters for their preparation at different scales. The synthesis and characterization techniques include rheology, optical microscopy, nitrogen adsorption-desorption, X-ray scattering (SAXS and XRD), transmission and scattering electron microscopy (TEM and SEM), dynamic light scattering (DLS), zeta potential and thromboelastography, among others. In the first study we examined water-in-oil emulsions with a liquid crystal phase as continuous phase. These systems are stable and highly elastic. Their microstructure is discussed by fitting the data with several rheological models. These systems are also compared with water-in-oil emulsions with a micellar phase in the continuous phase, and as a function of surfactant concentration and volume fraction of dispersed phase. In the second study, the process variables that have a significant effect on the properties of the emulsions are identified, including stirring rate, dispersed phase addition flow rate, surfactant concentration and scale up. Droplet size and rheological properties are considered as response variables. Stirring rate is the parameter that most influences the emulsion properties, followed by surfactant concentration. Vessel size is also important. To study the scale up, emulsions were prepared at three scales with geometric similarity and we identified the parameters that must be kept constant to obtain the same emulsion in the three scales, i.e. emulsions with the same droplet size, viscosity, yield stress, viscoelastic parameters and stability. The scale invariants take into account the stirring rate (N) and the scale (D, impeller diameter). The third study focuses on the preparation of meso and meso/macroporous materials. Bimodal mesoporous materials with an ordered hexagonal structure and two interconnected networks are prepared from a mixture of two surfactants, one hydrogenated and the other fluorinated, through the cooperative templating mechanism, using tetramethyl orthosilicate as silica source. The synthesis of ordered mesoporous materials from a novel surfactant consisting of a modified block copolymer with amino-groups on the ends (Jeffamine) is also studied. In this case, the best ordering of the mesopores is obtained at low temperature. In both studies, the surfactant phase behavior, and the structural properties of both surfactants and materials are determined, and the experimental conditions (pH, temperature, agitation) are optimized. Macroporous materials are then prepared from the oil-in-water emulsions stabilized with modified Jeffamine and using decane as organic phase, through the emulsion templating mechanism. Finally, mesoporous silica spheres are prepared from highly concentrated water-in-oil emulsions. The last study focuses on the synthesis and applications of silica nanoparticles. The process variables that have a direct effect on the size are identified, like the silica source concentration and the pH. The growth mechanism of these particles is studied through turbidimetry and explained in terms of nuclei formation and aggregation of the hydrolyzed species. The clotting properties of the particles are analyzed, in order to use these particles as a scaffold for further functionalization and application in the control of internal hemorrhages. First, the particles are functionalized to reduce the clotting activity, in order to avoid the formation of unwanted clots. Amino-functionalization and PEGylation are analyzed in this case. Second, functionalization with polyphosphate chains is studied in order to enhance the clotting activity, not only in normal conditions, but also under coagulopathy and hypothermia., Els nanomaterials són materials amb propietats morfològiques entre 1 i 100 nm en almenys una direcció. En aquesta tesi s'estudien els materials meso- i meso/macroporosos de sílice, que tenen porus en aquestes dimensions, i nanopartícules, la grandària de les quals es troba també en aquest rang. En una primera fase s'estudien els sistemes tensioactius, com les solucions micel·lars i les emulsions, que s'usen per a la síntesi d’aquests materials. El primer estudi consta de l’anàlisi de les emulsions formades amb cristall líquid a la fase contínua. La microestructura d'aquests sistemes s'estudia amb diversos models reològics. També es comparen amb sistemes amb fase micel·lar en la fase contínua i a diferents concentracions de tensioactiu i fase dispersa. En un segon estudi es determinen les variables de procés que tenen un efecte significatiu sobre les propietats de les emulsions. Com a variables de resposta s'usen la mida de gota i les propietats reològiques. També s'estudia l'escalat en la preparació de les emulsions altament concentrades i es determinen els invariants d’escala. El tercer estudi se centra en la preparació de materials meso i meso/macroporosos. Es sintetitza un material amb mesoporus bimodals i estructura hexagonal ordenada a partir d'una barreja de dos tensioactius, i la síntesi de materials mesoporosos ordenats a partir d'uns tensioactius amb grups amino. També es preparen materials amb macroporus a partir d'emulsions formades amb aquest tensioactiu i, en última instància, es preparen esferes mesoporoses de sílice a partir d'emulsions aigua-en-oli altament concentrades. L'últim estudi se centra en la síntesi de nanopartícules de sílice, en les variables de procés que tenen un efecte directe sobre la mida obtinguda, i en l'aplicació d'aquestes nanopartícules en la coagulació de la sang per controlar hemorràgies internes. S'estudien les propietats de coagulació i es funcionalitzen amb agents que acceleren o disminueixen aquesta activitat. Les tècniques de síntesi i caracterització inclouen reologia, microscòpia òptica, adsorció-desorció de nitrogen, dispersió de raigs X, microscòpia electrònica de transmissió i de rastreig (TEM i SEM) i potencial zeta, entre altres.

In this work, it has been studied the influence of the particles size and sinterization temperature in the preparation of flat microfiltration ceramic membranes. These membranes were made from ceramic materials by controlling, among other factors, the particle size, the chemical formulation of the paste and its thermal treatment. The structural morphology of the membranes has been studied as a function of particle size and sinterization temperature, by using mercury porosimetry and air-liquid porometry. Both techniques have been used due to their complementarity, as far as mercury porosimetry gives information on total pores, while air-liquid porometry does it on active pores. Results showed that both active and total pores size, are incremented with the size of the used particles. Similarly, the increase of the sinterization temperature (within the range of work) results in an increase of the mean pore size and a broadening of the distribution.En este trabajo se ha estudiado la influencia del tamaño de partículas y de la temperatura de sinterizado en la preparación de membranas planas de microfiltración. Estas membranas se prepararon a partir de materias primas cerámicas controlando, entre otras variables: el tamaño de partículas, la formulación química de la pasta y su tratamiento térmico. La morfología estructural de las membranas en función del tamaño de partícula y la temperatura de sinterizado ha sido estudiada mediante técnicas de porosimetría de mercurio y porometría de aire-líquido. Las dos técnicas de análisis han sido utilizadas por su complementariedad, puesto que la porosimetría de mercurio informa sobre los poros totales, mientras que la porometría de aire-líquido lo hace sobre los poros activos. Los resultados muestran que tanto el tamaño de los poros activos como de los totales, se incrementa con el tamaño de partícula de la pasta empleada. De forma similar, el incremento de la temperatura de sinterizado (dentro del rango de trabajo) produce un aumento del tamaño medio de poro y un ensanchamiento de la distribución.

Among the separation processes in the industry, those using membranes are usually considered as forming a new and promising field. From them, those which use ceramic membranes, which can be manufactured more selective now than some time ago, are especially relevant due to their high mechanic, thermal and chemical resistances. Here we will start by a summary description of the methods of synthesis of inorganic membranes and particularly ceramic ones. Traditional methods are presented as well as both the polymeric and the coloidal sol-gel techniques. In order to characterize them, pore size distributions and surface properties, including morphology, hydrophillicity and electrical properties should be investigated. Some techniques to study these structural and surface properties are summarily presented. The ceramic membranes can substitute polymeric ones in most of their typical applications with profit due to their better performances and durability.Entre los procesos industriales de separación, los que se basan en membranas se consideran como un nuevo y prometedor campo en desarrollo. Entre éstos, los basados en el uso de membranas cerámicas por sus características de resistencia mecánica, térmica y química y cada vez mayor selectividad han adquirido una gran relevancia. En este trabajo se comenzará haciendo una breve descripción de los métodos de síntesis de membranas inorgánicas y en particular cerámicas. Se exponen tanto los métodos tradicionales como los de sol-gel por vías polimérica y coloidal. Para caracterizar estas membranas se deben obtener sus distribuciones de tamaño de poro y propiedades superficiales tanto morfológicas como relacionadas con la hidrofílicidad y sus propiedades eléctricas. Algunas técnicas de investigación de estas propiedades estructurales y superficiales se exponen también resumidamente. Las membranas cerámicas pueden usarse en las mismas aplicaciones que las membranas poliméricas, con la ventaja de sus mejores prestaciones y durabilidad.

A cellular metallic material with interconnected porosity of controlled size of an order of 10 μm has been developed by electrochemical dissolution of tungsten grains in a W-Ni-Fe heavy alloy. The nickel superalloy with sponge structure and high surface/volume ratio can also be processed recycling chips from heavy metal machining (Patent n° P9700191, 1997). Applications for the new material could be found as support for catalysts, high temperature filters for corrosive fluids, burners, etc.En este artículo se describe la preparación y caracterización de una superaleación de base níquel de microporosidad controlada, partiendo de una aleación pesada W-Ni-Fe de naturaleza densa y con métodos electrolíticos. Se ha conseguido un proceso factible de fabricación y, simultáneamente, una oportunidad de reciclado de las virutas de mecanizado de metal pesado. Tanto el nuevo material como el proceso de obtención han sido objeto de patente (Núm. P9700191, 1997). El nuevo material podría ser interesante como soporte de catalizadores, filtro de fluidos corrosivos a temperaturas elevadas, difusor en quemadores, etc.

This paper is concerned with numerical wave propagation effects in highly porous media using digitized images of aluminum foam -- Starting point is a virtual material laboratory approach -- The Aluminum foam microstructure is imaged by 3D X-ray tomography -- Effective velocities for the fluid-saturated media are derived by dynamic wave propagation simulations -- We apply a displacement-stress rotated staggered fnite-difference grid technique to solve the elastodynamic wave equation -- The used setup is similar to laboratory ultrasound measurements and the computed results are in agreement with our experimental data -- Theoretical investigations allow to quantify the influence of the interaction of foam and fluid during wave propagation – Together with simulations using an artificial dense foam we are able to determine the tortuosity of aluminum foam

Since surface roughness is known as an important property that determines and controls cell attachment and proliferation on the surfaces of porous TE scaffolds, a more controlled and homogeneous surface is required. In this study, two surface roughness modification procedures were proposed for Ti6Al4V scaffolds in order to achieve this aim: chemical etching followed by electrochemical polishing. This study dealt with the in depth characterization of the effect of the surface roughness modification on the morphological and mechanical properties of the porous Ti6Al4V scaffolds and on their roughness. In this way, feedback could be provided for optimization or fine-tuning of the surface roughness modification procedures. During electrochemical polishing, the current was maintained constant, thus depending on the scaffold design a different current density was applied. The role of the current density was found to be important for the changes in morphological, mechanical and roughness properties. Therefore, controlling this parameter, and hence also the reduction in morphological, mechanical and roughness properties, the surface roughness modification procedures will be more controlled and designing and producing customized porous Ti6Al4V scaffolds will be feasible. Additionally, in this study, initial characterization of the morphological and mechanical properties of two designs of porous PCL scaffolds was carried out and the effect of two different surface roughness modification procedures was qualitatively assessed, namely immersion for 96 hours in NaOH or in KOH. Ingeniería Industrial