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    A sustainable approach to obtain polyphenols from Chilean wild murta, Ugni candollei B., and Ugni molinae T., using eutectic solvents and advanced extraction techniques
    (Elsevier, 2025) Fuentes Jorquera, Natalia Andrea; Villalva, M.; Pérez Jimenez, J.; González Miquel, M.; González, E. J.; Mariotti Celis, María Salomé; Pérez C., José Ricardo; Canales Muñoz, Roberto
    Murta, native to southern Chile, comprises red murta (Ugni molinae Turcz) and white murta (Ugni candollei Barm), traditionally utilized in ethnobotanical medicine for its anti-inflammatory and analgesic properties attributed to high flavonoid and phenolic acid content. Despite murta's potential, the combined effects of sustainable extraction techniques—eutectic solvents (ES), microwave-assisted extraction (MAE), and ultrasound-assisted extraction (UAE)—on its polyphenol profile remain unexplored. A comprehensive analysis should quantify extractable polyphenols (EPP) and non-extractable polyphenols (NEPP). This study evaluated eight ES mixtures for polyphenol extraction from red and white murta leaves and fruits, optimizing water percentage and feed:solvent ratio. Choline chloride:1,3-butanediol (ChCl:1,3BD) with 30 % water and a 1:10 ratio yielded the highest EPP content, as determined by HPLC-DAD. Among various MAE and UAE conditions tested, MAE at 353 K for 3 min achieved optimal phenolic compound yields, with catechin predominating in leaf extracts and gallic acid in fruit extracts. NEPP fractions, consisting primarily of non-extractable proanthocyanidins, represented 8–19 % of total polyphenols in fruits and leaves. These findings establish a sustainable methodology for obtaining polyphenol-rich extracts from murta and highlight the importance of both EPP and NEPP fractions in enhancing the potential of these antioxidant-enriched food extracts obtained through eco-friendly technologies.
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    A sustainable approach to obtain polyphenols from Chilean wild murta, Ugni candollei B., and Ugni molinae T., using eutectic solvents and advanced extraction techniques
    (2025) Fuentes Jorquera, Natalia Andrea; Villalva, M.; Pérez Jimenez, J.; González Miquel, M.; González, E. J.; Mariotti Celis, María Salomé; Pérez C., José Ricardo; Canales Muñoz, Roberto
    Murta, native to southern Chile, comprises red murta (Ugni molinae Turcz) and white murta (Ugni candollei Barm), traditionally utilized in ethnobotanical medicine for its anti-inflammatory and analgesic properties attributed to high flavonoid and phenolic acid content. Despite murta's potential, the combined effects of sustainable extraction techniques—eutectic solvents (ES), microwave-assisted extraction (MAE), and ultrasound-assisted extraction (UAE)—on its polyphenol profile remain unexplored. A comprehensive analysis should quantify extractable polyphenols (EPP) and non-extractable polyphenols (NEPP). This study evaluated eight ES mixtures for polyphenol extraction from red and white murta leaves and fruits, optimizing water percentage and feed:solvent ratio. Choline chloride:1,3-butanediol (ChCl:1,3BD) with 30 % water and a 1:10 ratio yielded the highest EPP content, as determined by HPLC-DAD. Among various MAE and UAE conditions tested, MAE at 353 K for 3 min achieved optimal phenolic compound yields, with catechin predominating in leaf extracts and gallic acid in fruit extracts. NEPP fractions, consisting primarily of non-extractable proanthocyanidins, represented 8–19 % of total polyphenols in fruits and leaves. These findings establish a sustainable methodology for obtaining polyphenol-rich extracts from murta and highlight the importance of both EPP and NEPP fractions in enhancing the potential of these antioxidant-enriched food extracts obtained through eco-friendly technologies.
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    An overview of HSP and COSMO-RS for computational green solvent screening: Applications in biomass valorization
    (2025) Sánchez Bragagnolo, Felipe; Ormazabal Latorre, Sebastián; Canales Muñoz, Roberto; Rostagno, Mauricio Ariel; Esteban, Jesús; González Miquel, María
    Valorizing biomass by-products and reducing their accumulation are critical current issues. Nevertheless, the large volume of such materials requires continuous and enhanced strategies to mitigate potential environmental problems. The valorization of biomass through the recovery of valuable compounds must be sustainable and optimized, emphasizing the selection of optimal and greener solvents for this purpose. In this context, to reduce experimental efforts, material resources, and energy expenses, predictive in silico tools enable efficient preliminary screening, highlighting the tools based on Hansen Solubility Parameters (HSP) and COnductor-like Screening MOdel for Real Solvents (COSMO-RS). Considering their widespread application, this review critically analyzes both computational methods, highlighting their main concepts, applications, and limitations. Finally, we propose a simplified guide from solvent selection to the purified (or not) fraction.
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    Assessing the Effect of Deep Eutectic Solvents on α-Chymotrypsin Thermal Stability and Activity
    (2024) Gajardo-Parra, Nicolás F.; Cea-Klapp, Esteban; Chandra, Anshu; Canales Muñoz, Roberto; Garrido, José Matías; Held, Christoph; Guajardo Ramírez, Nadia Verónica
    Optimizing the liquid reaction phase holds significant potential for enhancing the efficiency of biocatalytic processes since it determines reaction equilibrium and kinetics. This study investigates the influence of the addition of deep eutectic solvents on the stability and activity of α-chymotrypsin, a proteolytic enzyme with industrial relevance. Deep eutectic solvents, composed of choline chloride or betaine mixed with glycerol or sorbitol, were added in the reaction phase at various concentrations. Experimental techniques, including kinetic and fluorometry, were employed to assess the α-chymotrypsin activity, thermal stability, and unfolding reversibility. Atomistic molecular dynamics simulations were also conducted to assess the interactions and provide molecular-level insights between α-chymotrypsin and the solvent. The results showed that among all studied mixtures, adding choline chloride + sorbitol improved thermal stability up to 18 °C and reaction kinetic efficiency up to two-fold upon adding choline chloride + glycerol. Notably, the choline chloride + sorbitol system exhibited the most substantial stabilization effect, attributed to the surface preferential accumulation of sorbitol, as corroborated by the computational analyses. This work highlights the potential of tailoring liquid reaction phase of α-chymotrypsin catalyzed reaction using neoteric solvents such as deep eutectic solvents to enhance α-chymotrypsin performance and stability in industrial applications.
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    Conversion of succinic acid over Ni and Co catalysts
    (2021) Rojas Guerrero, Mabel Natalia; Zarate, X.; Canales Muñoz, Roberto; Dongil, A. B.; Pazo Carballo, César Alexander; Saavedra Torres, M.; Escalona, Néstor
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    Density and viscosity of binary mixtures composed of anisole with dodecane, hexadecane, decalin, or 1,4-dioxane : experiments and modeling
    (2020) Gajardo Parra, Nicolás Felipe; Campos-Franzani, M.; Hernández, A.; Escalona, Néstor; Canales Muñoz, Roberto
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    Extraction of guaiacol from hydrocarbons as an alternative for the upgraded bio-oil purification : Experimental and computational thermodynamic study
    (2020) Campos-Franzani, M. I.; Gajardo Parra, Nicolás Felipe; Pazo Carballo, César Alexander; Aravena, P.; Santiago, R.; Palomar, J.; Escalona, Néstor; Canales Muñoz, Roberto
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    High-performance and low-cost electrochemical reactor for limestone decarbonation applied to clinker production – A validation at laboratory scale
    (2024) Martínez, Natalia P.; Troncoso P., Felipe; Gazzano, Valeria; Ramírez Amaya, Darío Alonso; González Hormazábal, Marcelo Andrés; Navarrete Leschot, Iván Ignacio; Canales Muñoz, Roberto; Dreyse, Paulina
    Limestone decarbonation to obtain CaO (calcium oxide) and produce cement is an industrial activity with enormous CO2 emissions, due to the intrinsic calcination reaction of CaCO3 (calcium carbonate), in addition to the use of fossil fuels. One of the most recent ideas to reduce CO2 emissions in this process has been the electrochemical decarbonation of limestone where Ca(OH)2 (calcium hydroxide) is obtained as an intermediate product that is then used as CaO precursor in clinker synthesis. This study shows the design of a low-cost electrochemical reactor and the optimization of the parameters to produce Ca(OH)2 with high purity and yield from the decarbonation processes of pure CaCO3 and limestone used in the cement industry. In addition, the remaining limestone sludge and electrolytic solutions were analyzed, and it was found that the sludge can be used as a correction material in clinker preparation, and it is also possible to reuse the electrolytic solution twice. Finally, the main finding is the proposal of a new clinker synthesis, which results in a cement with comparable characteristics to those of ordinary Portland cement, using Ca(OH)2 obtained from the electrochemical decarbonation of CaCO3, achieving a reduction in CO2 emissions of approximately 90% compared to the conventional method.
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    High-pressure vapor + liquid equilibria for the binary system CO2 + (E)-2-hexenal
    (2021) Villablanca Ahues, R.; López Porfiri, P.; Canales Muñoz, Roberto; de la Fuente, J. C.
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    Measurement and PC-Saft modelling of the solubility of gallic acid and phloroglucinol in aqueous mixtures of deep eutectic solvents
    (2020) Sepúlveda Orellana, Bruno Alejandro; Canales Muñoz, Roberto; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Muchos compuestos naturales presentes en frutas y verduras han recibido una creciente atención debido a la expansión de sus aplicaciones tecnológicas. Las aplicaciones más interesantes se encuentran en las industrias alimentarias, nutracéuticas y farmacéuticsa, ya que muchos de estos compuestos se han asociado con beneficios para la salud, como por ejemplo la reducción de los niveles de colesterol e hipertensión, la protección contra enfermedades cardiovasculares y cáncer, entre otros. Algunos de estos compuestos naturales de interés son los polifenoles. Estos son una de las principales familias de fitoquímicos con un amplio espectro de bioactividades, dada su capacidad de interactuar fuertemente con las enzimas. Se extraen industrialmente de varias fuentes, en la mayoría de los casos utilizando solventes orgánicos que son ineficientes, caros y poco amigables con el medio ambiente. El proceso de extracción se puede mejorar significativamente utilizando solventes de punto eutéctico profundo (DES). Estas mezclas son no tóxicas, biodegradables y de bajo costo. Sin embargo, para diseñar correctamente un proceso de extracción con DES, se debe determinar la solubilidad de las moléculas escogidas en el DES respectivo. El ácido gálico (GA) y el floroglucinol (PH) son dos compuestos fenólicos abundantes presentes en frutas y algas pardas principalmente. Se usan como estándares típicos de polifenoles cuando se extraen matrices vegetales o de algas. Este trabajo se centra en medir la solubilidad de estos compuestos fenólicos en mezclas de solventes acuosos a 293.15, 303.15 y 313.15 K. Los co-disolventes incluidos en este estudio comprenden solventes tradicionales como etanol, ácido levulínico, glicerol y etilenglicol. Además, se incluye el estudio de mezclas acuosas de algunos DES, los cuales están formados con cloruro de colina como HBA y etilenglicol (DES 1), ácido levulínico (DES 2) y glicerol (DES 3) como HBD, sintetizados en relación molar 1:2 a presión atmosférica. Los datos experimentales se utilizaron para ajustar los parámetros PC-SAFT de los polifenoles, con el objetivo de poder proporcionar estimaciones de solubilidad a diferentes temperaturas para una mejor comprensión de la extracción de estos polifenoles de las matrices alimentarias. Además, los sistemas estudiados se analizaron utilizando PXRD para detectar el polimorfismo en el proceso de equilibrio sólido-líquido. Como se esperaba, nuestros resultados indican que los DES son mejores solventes que los tradicionales, exceptuando el caso del etanol. Este comportamiento se explicó debido a las interacciones intermoleculares y los parámetros solvatocrómicos, donde el valor del parámetro aceptor de enlace de hidrógeno presentaba una relación directa con la solubilidad. Específicamente, GA fue más soluble en DES 2 mientras que para el PH se obtuvo una mejor solubilidad en DES 1. Esto se explicó debido a la interacción particular de sus grupos funcionales con ambos solventes. Además, el PH fue más soluble que el GA en todos los sistemas acuosos probados. La estructura molecular y la disposición de los grupos hidroxilo del PH generan un bajo impedimento estérico y fuertes interacciones de puentes de hidrógeno, lo que favorece su interacción con las mezclas acuosas. El modelado de la ecuación sólido-líquido (SLE) se logró con éxito mediante PCSAFT para GA en sistemas acuosos. Sin embargo, el SLE para el floroglucinol no se pudo modelar debido al cambio en la estructura cristalina de este polifenol, lo que requiere un análisis y consideraciones adicionales en la ecuación de estado. Esto se observa en el análisis PXRD que mostró un cambio en los planos de difracción de PH, por lo tanto, estos sistemas presentan polimorfismo y no pueden modelarse en las mismas condiciones de PC-SAFT que GA.Muchos compuestos naturales presentes en frutas y verduras han recibido una creciente atención debido a la expansión de sus aplicaciones tecnológicas. Las aplicaciones más interesantes se encuentran en las industrias alimentarias, nutracéuticas y farmacéuticsa, ya que muchos de estos compuestos se han asociado con beneficios para la salud, como por ejemplo la reducción de los niveles de colesterol e hipertensión, la protección contra enfermedades cardiovasculares y cáncer, entre otros. Algunos de estos compuestos naturales de interés son los polifenoles. Estos son una de las principales familias de fitoquímicos con un amplio espectro de bioactividades, dada su capacidad de interactuar fuertemente con las enzimas. Se extraen industrialmente de varias fuentes, en la mayoría de los casos utilizando solventes orgánicos que son ineficientes, caros y poco amigables con el medio ambiente. El proceso de extracción se puede mejorar significativamente utilizando solventes de punto eutéctico profundo (DES). Estas mezclas son no tóxicas, biodegradables y de bajo costo. Sin embargo, para diseñar correctamente un proceso de extracción con DES, se debe determinar la solubilidad de las moléculas escogidas en el DES respectivo. El ácido gálico (GA) y el floroglucinol (PH) son dos compuestos fenólicos abundantes presentes en frutas y algas pardas principalmente. Se usan como estándares típicos de polifenoles cuando se extraen matrices vegetales o de algas. Este trabajo se centra en medir la solubilidad de estos compuestos fenólicos en mezclas de solventes acuosos a 293.15, 303.15 y 313.15 K. Los co-disolventes incluidos en este estudio comprenden solventes tradicionales como etanol, ácido levulínico, glicerol y etilenglicol. Además, se incluye el estudio de mezclas acuosas de algunos DES, los cuales están formados con cloruro de colina como HBA y etilenglicol (DES 1), ácido levulínico (DES 2) y glicerol (DES 3) como HBD, sintetizados en relación molar 1:2 a presión atmosférica. Los datos experimentales se utilizaron para ajustar los parámetros PC-SAFT de los polifenoles, con el objetivo de poder proporcionar estimaciones de solubilidad a diferentes temperaturas para una mejor comprensión de la extracción de estos polifenoles de las matrices alimentarias. Además, los sistemas estudiados se analizaron utilizando PXRD para detectar el polimorfismo en el proceso de equilibrio sólido-líquido. Como se esperaba, nuestros resultados indican que los DES son mejores solventes que los tradicionales, exceptuando el caso del etanol. Este comportamiento se explicó debido a las interacciones intermoleculares y los parámetros solvatocrómicos, donde el valor del parámetro aceptor de enlace de hidrógeno presentaba una relación directa con la solubilidad. Específicamente, GA fue más soluble en DES 2 mientras que para el PH se obtuvo una mejor solubilidad en DES 1. Esto se explicó debido a la interacción particular de sus grupos funcionales con ambos solventes. Además, el PH fue más soluble que el GA en todos los sistemas acuosos probados. La estructura molecular y la disposición de los grupos hidroxilo del PH generan un bajo impedimento estérico y fuertes interacciones de puentes de hidrógeno, lo que favorece su interacción con las mezclas acuosas. El modelado de la ecuación sólido-líquido (SLE) se logró con éxito mediante PCSAFT para GA en sistemas acuosos. Sin embargo, el SLE para el floroglucinol no se pudo modelar debido al cambio en la estructura cristalina de este polifenol, lo que requiere un análisis y consideraciones adicionales en la ecuación de estado. Esto se observa en el análisis PXRD que mostró un cambio en los planos de difracción de PH, por lo tanto, estos sistemas presentan polimorfismo y no pueden modelarse en las mismas condiciones de PC-SAFT que GA.Muchos compuestos naturales presentes en frutas y verduras han recibido una creciente atención debido a la expansión de sus aplicaciones tecnológicas. Las aplicaciones más interesantes se encuentran en las industrias alimentarias, nutracéuticas y farmacéuticsa, ya que muchos de estos compuestos se han asociado con beneficios para la salud, como por ejemplo la reducción de los niveles de colesterol e hipertensión, la protección contra enfermedades cardiovasculares y cáncer, entre otros. Algunos de estos compuestos naturales de interés son los polifenoles. Estos son una de las principales familias de fitoquímicos con un amplio espectro de bioactividades, dada su capacidad de interactuar fuertemente con las enzimas. Se extraen industrialmente de varias fuentes, en la mayoría de los casos utilizando solventes orgánicos que son ineficientes, caros y poco amigables con el medio ambiente. El proceso de extracción se puede mejorar significativamente utilizando solventes de punto eutéctico profundo (DES). Estas mezclas son no tóxicas, biodegradables y de bajo costo. Sin embargo, para diseñar correctamente un proceso de extracción con DES, se debe determinar la solubilidad de las moléculas escogidas en el DES respectivo. El ácido gálico (GA) y el floroglucinol (PH) son dos compuestos fenólicos abundantes presentes en frutas y algas pardas principalmente. Se usan como estándares típicos de polifenoles cuando se extraen matrices vegetales o de algas. Este trabajo se centra en medir la solubilidad de estos compuestos fenólicos en mezclas de solventes acuosos a 293.15, 303.15 y 313.15 K. Los co-disolventes incluidos en este estudio comprenden solventes tradicionales como etanol, ácido levulínico, glicerol y etilenglicol. Además, se incluye el estudio de mezclas acuosas de algunos DES, los cuales están formados con cloruro de colina como HBA y etilenglicol (DES 1), ácido levulínico (DES 2) y glicerol (DES 3) como HBD, sintetizados en relación molar 1:2 a presión atmosférica. Los datos experimentales se utilizaron para ajustar los parámetros PC-SAFT de los polifenoles, con el objetivo de poder proporcionar estimaciones de solubilidad a diferentes temperaturas para una mejor comprensión de la extracción de estos polifenoles de las matrices alimentarias. Además, los sistemas estudiados se analizaron utilizando PXRD para detectar el polimorfismo en el proceso de equilibrio sólido-líquido. Como se esperaba, nuestros resultados indican que los DES son mejores solventes que los tradicionales, exceptuando el caso del etanol. Este comportamiento se explicó debido a las interacciones intermoleculares y los parámetros solvatocrómicos, donde el valor del parámetro aceptor de enlace de hidrógeno presentaba una relación directa con la solubilidad. Específicamente, GA fue más soluble en DES 2 mientras que para el PH se obtuvo una mejor solubilidad en DES 1. Esto se explicó debido a la interacción particular de sus grupos funcionales con ambos solventes. Además, el PH fue más soluble que el GA en todos los sistemas acuosos probados. La estructura molecular y la disposición de los grupos hidroxilo del PH generan un bajo impedimento estérico y fuertes interacciones de puentes de hidrógeno, lo que favorece su interacción con las mezclas acuosas. El modelado de la ecuación sólido-líquido (SLE) se logró con éxito mediante PCSAFT para GA en sistemas acuosos. Sin embargo, el SLE para el floroglucinol no se pudo modelar debido al cambio en la estructura cristalina de este polifenol, lo que requiere un análisis y consideraciones adicionales en la ecuación de estado. Esto se observa en el análisis PXRD que mostró un cambio en los planos de difracción de PH, por lo tanto, estos sistemas presentan polimorfismo y no pueden modelarse en las mismas condiciones de PC-SAFT que GA.
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    Methoxyphenols extraction from hydrodeoxygenation aliphatic-model phases: An in-silico and experimental study
    (Elsevier B.V., 2025) Ormazabal Latorre, Sebastián; Arroyo Avirama, Andrés Felipe; Canales Muñoz, Roberto
    The catalytic hydrogenation of bio-oil is a promising approach for utilizing lignocellulosic residues and achieving carbon-neutral goals by 2050. Hydrodeoxygenation is commonly used as an upgrading method to convert oxygenated into aliphatic or aromatic compounds for fuel applications. However, catalyst deactivation is one of the main issues associated with this technology due to the presence of some methoxyphenols. This study employs an in-silico approach using the COSMO-RS model and the CHEM21 guide to select solvents for extracting methoxyphenols from a hydrodeoxygenation aliphatic model. Around 2000 solvents were evaluated and narrowed down to 52 candidates, with ethylene glycol and 1,3-propanediol selected for experimental validation. Binary, ternary, and multicomponent LLE systems were studied at 313.15 K and 101.3 kPa, focusing on distribution ratios (Di). Experimental results showed a broad immiscibility region in ethylene glycol or 1,3-propanediol + hexane or methylcyclohexane systems, which COSMO-RS predicted accurately. For ternary systems, the values of Di followed the trend: Dcresol > Dguaiacol > Disoeugenol ≈ Deugenol, with the highest Di of 54.6 for the extraction of o-cresol using 1,3-propanediol. COSMO-RS predictions showed root-mean-square error (RMSE) values between 0.05 and 0.50 log units, aligning with literature reports. In multicomponent systems, no clear trend in Di was observed, with a maximum Di of 21.1 for o-cresol extraction using 1,3-propanediol. Global RMSE values were 0.411–0.415 log units, slightly higher than those for ternary systems but still consistent with the literature. These results demonstrate COSMO-RS's potential for predicting methoxyphenols extraction from aliphatic phases.
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    Physical properties of low viscosity deep eutectic solvents, and its binary mixtures with 1-butanol
    (2018) Gajardo Parra, Nicolás Felipe; Canales Muñoz, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La extracción líquido-líquido (LLE) y la destilación extractiva (ExD) son operaciones unitarias comunes para la separación de mezclas con similar punto de ebullición o con presencia de azeótropo. Dentro de estos procesos, los líquidos iónicos (IL) y los ”Deepeutectic solvents” (DES) han despertado interés como extractante alternativo debido a su baja volatilidad y alta selectividad. Los DESs son usualmente una alternativa biodegradable, no tóxica y de bajo costo a los líquidos iónicos debido a que estos compuestos se obtienen principalmente desde metabolitos primarios. Los DES no han sido estudiados extensivamente en la literatura, en consecuencia, las propiedades fisicoquimícas de los compuestos puros y el equilibrio de las distintas fases son necesarios para analizar la factibilidad en el uso de operaciones de separación. La hipótesis de esta investigación es que es posible entender el efecto en las propiedades de transporte y termodinámicas que generan las interacciones moleculares entre los DES y sus componentes constituyentes através de la adición de 1-butanol. Para llevar acabo lo anterior, tres muestras de DES fueron sintetizadas y analizadas por distintas técnicas instrumentales. Propiedades como temperatura de descomposción, tensión superficial, densidad, viscosidad fueron medidas para DES puros y, densidad, viscosidad y entapía de fueron medidas para mezclas binarias de DES con 1-butanol. Con esto, las propiedades de exceso fueron calculadas para entender el comportamiento de los DES en la mezcla. Los resultados indican que los DES se forman debido a fuertes fuerzas intermoleculares entre sus constituyentes y no se presenta ninguna reacción. Esto genera una mayor estabilidad térmica de los DESs frente a sus donadores de puentes de hidrógeno. Además, ante la adición de1-butanol al DES, la mezcla se contrajo debido a la creación de nuevas redes de puentes de hidrógeno y acomodación de sitios intersticiales. Como resultado de esto, las propiedades de exceso muestran una desviación negativa de la idealidad. Las propiedades termofísicas fueron ajustadas por distintos modelos tanto empíricos como predictivos obteniendo errores menores al 5% para compuestos puros. La obtención de datos experimentales y cálculo de propiedades del proceso permitió entender la magnitud de las interacciones que ocurren al mezclar un DES con un solvente orgánico. Esto contribuye a tener una mejor compresión del efecto de las fuerzas electroestáticas sobre las propiedades termodinámicas en procesos de separación. Posteriormente, estos datos y parámetros pueden ser incorporados en modelos que sean capaces de predecir propiedades fisicoquímicas para aplicaciones industriales.
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    Physicochemical properties of choline chloride-based deep eutectic solvents and excess properties of their pseudo-binary mixtures with 1-butanol
    (2019) Gajardo Parra, Nicolás Felipe; Lubben, M. J.; Winnert, J. M.; Leiva Campusano, Ángel; Brennecke, J. F.; Canales Muñoz, Roberto
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    Physicochemical study of deep eutectic solvents made of choline chloride or betaine and low molecular weight glycols: study of density, viscosity and surface tension
    (2023) Aravena Contreras, Paulo; Canales Muñoz, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los solventes eutécticos profundos (DESs) son mezclas que han surgido como una posible alternativa a los solventes típicos debido a su biodegradabilidad, capacidad de ajuste y bajo costo. En tiempos recientes, los DESs han ganado atención por sus posibles aplicaciones en varios campos. Por lo tanto, es esencial caracterizar las propiedades fisicoquímicas y de transporte de los DESs y comprender sus interacciones con otros solventes. En este estudio, se prepararon DESs con betaína como aceptador de enlace de hidrógeno (HBA) y un glicol (por ejemplo, etilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol y 1,4-butanodiol) como donante de enlace de hidrógeno (HBD) en diferentes relaciones molares. La densidad, viscosidad y tensión superficial de los sistemas preparados se midieron en un rango de temperatura de 20-60°C (30-60°C para la tensión superficial) a 101.3 kPa. Bajo las mismas condiciones, se midieron las propiedades de las mezclas DES + agua en una relación molar de HBA:HBD de 1:6. Además, se midieron los DESs a base de cloruro de colina con los mismos glicoles en una relación molar de HBA:HBD de 1:3 (cada glicol) y 1:6 (solo etilenglicol) para diferentes contenidos de agua con el fin de evaluar el efecto des HBA en estas propiedades. Se utilizó PC-SAFT, la teoría de volumen libre (FVT) y la teoría del gradiente de densidad (DGT) para modelar las mediciones de densidad, viscosidad y tensión superficial, respectivamente, con el fin de observar el efecto al cambiar la temperatura, la longitud de cadena del HBD y el contenido de agua. Además, se realizaron simulaciones clásicas de dinámica molecular para obtener información molecular sobre las mezclas y su solvatación con agua. La información molecular para estos solventes, proporcionada por los modelos ajustados a los experimentos realizados, permite reducir la carga experimental adicional al diseñar procesos químicos.
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    Physicochemical study of deep eutectic solvents mixed with alcohols : effect of temperature, hydrogen bond donor and alcohol chain lenght
    (2020) Cotroneo Figueroa, Vincenzo Paolo; Canales Muñoz, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los solventes eutécticos profundos son mezclas compuestas típicamente por un donador de puentes de hidrógeno y un aceptor de puentes de hidrógeno. Han aparecido como una alternativa de los líquidos iónicos en varios procesos debido a su capacidad de adaptación, biodegradabilidad y bajo costo. Recientemente, los solventes eutécticos profundos se han estudiado como solventes potenciales para diferentes aplicaciones. Entonces, sus propiedades fisicoquímicas deben caracterizarse para comprender la interacción entre sus componentes y con otros compuestos. Los solventes eutécticos profundos preparados para este trabajo se basaron en cloruro de colina mezclado con etilenglicol, 1,3-propanodiol o 1,4-butanodiol en una relación molar de 1:3. Se realizan diferentes familias de DES basadas en cloruro de colina y betaína en paralelo para generar una base de datos, ver el ajuste y la predicción utilizando el modelo de esfera dura. La densidad y la viscosidad de los disolventes eutécticos profundos pseudo puros se midieron de 293,15 K a 333,15 K a 101,13 kPa. Además, se obtuvieron las mismas propiedades a las mismas condiciones de temperatura y presión para las mezclas pseudobinarias de los tres solventes eutécticos profundos con cuatro alcoholes: metanol, etanol, 1-propanol o 1-butanol. Los volúmenes en exceso se calcularon para cada sistema para comprender el efecto de la variación de temperatura, la longitud de la cadena de alcohol y la longitud del donante de enlace de hidrógeno en los aspectos de configuración de la mezcla. Posteriormente, se realizó una predicción del exceso de entalpía molar con COSMO-RS para evaluar el comportamiento de las mismas variables en diferentes tipos de interacciones intermoleculares desde el punto de vista energético. Los resultados sugieren que mezclar cada solvente eutéctico profundo con un alcohol produce volúmenes molares de exceso negativos y entalpías molares de exceso, observando una mayor afinidad entre especies diferentes. Para la predicción de la viscosidad, se obtiene que el modelo de esfera dura se correlaciona con un error bajo los valores para las diferentes familias de los DES, pero el modelo no predice el comportamiento de las familias.
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    Predicting the Solubility of CO2 in Toluene plus Ionic Liquid Mixtures with PC-SAFT
    (2017) Canales Muñoz, Roberto; Held, Christoph; Lubben, Michael J.; Brennecke, Joan F.; Sadowski, Gabriele
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    Prediction of phase equilibrium in polyphenolic systems using PC-SAFT
    (2025) Bastías Barra, Arturo Iván; Canales Muñoz, Roberto; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los polifenoles, una familia diversa de metabolitos secundarios presentes en matrices vegetales, son altamente valorados por sus beneficios para la salud. Sin embargo, su extracción y purificación presentan desafíos significativos, ya que son escasos en su forma pura y generalmente requieren el uso de solventes tóxicos e inflamables que dejan residuos no deseados en el producto final. El diseño sostenible de los procesos de extracción requiere no solo solventes amigables con el medio ambiente, sino también conocer la solubilidad de los polifenoles. Debido al alto costo de los polifenoles y la dificultad para obtenerlos, los datos experimentales sobre su solubilidad son limitados o inexistentes, lo que hace necesario contar con modelos predictivos robustos para describir un comportamiento en diversos solventes. Este trabajo se centra en predecir el equilibrio sólido-líquido (SLE) de los dímeros de procianidinas, compuestos polifenólicos derivados de los monómeros (-)-epicatequina y (+)-catequina, en solventes como agua, solventes eutécticos profundos (DES, por sus siglas en inglés) y sus mezclas. El estudio utiliza la ecuación de estado PC-SAFT (Perturbed Chain Statistical Associating Fluid Theory), calibrada con datos experimentales de SLE para (-)-epicatequina y (+)-catequina. A pesar del objetivo inicial de estudiar ambos monómeros y sus derivados, el análisis se limitó a las procianidinas compuestas exclusivamente por (-)-epicatequina. Esta limitación surgió debido a las incertidumbres estructurales de la (+)-catequina al estar en contacto con agua, como lo confirmó el análisis PXRD y las correlaciones entre su solubilidad y la razón entre masa de soluto y solvente. El estudio se dividió en tres etapas principales. En primer lugar, se intentó desarrollar herramientas computacionales en Python para implementar las ecuaciones de PC-SAFT y permitir la estimación de parámetros a partir de datos experimentales. Estas herramientas, construidas con NumPy, SciPy y Pyomo, no incluyeron el término asociativo de PC-SAFT, necesario para modelar polifenoles, debido a su complejidad. Por lo tanto, se usaron herramientas computacionales externas junto con rutinas escritas en este trabajo que permiten modelar SLE y calcular solubilidades y coeficientes osmóticos. La plataforma computacional incluye rutinas de optimización de parámetros que utilizan los algoritmos Nelder-Mead y de evolución diferencial para ajustar los datos experimentales. La segunda etapa involucró la medición experimental y modelación termodinámica de la solubilidad de la (-)-epicatequina en cinco sistemas acuosos, incluidos agua y DES, a 293.15, 303.15 y 313.15 K bajo presión atmosférica. La solubilidad se midió mediante métodos espectrofotométricos y gravimétricos, y el análisis PXRD confirmó la estabilidad de la estructura cristalina durante la experimentación. Los resultados mostraron que la solubilidad de la (-)-epicatequina varió significativamente entre los solventes, pero se mantuvo relativamente constante con la temperatura. Las mayores solubilidades se observaron en sistemas DES que contenían cloruro de colina y 25 % en peso de agua, con DES1+agua alcanzando una solubilidad más de 40 veces mayor que en agua. Estos hallazgos resaltan la importancia del contenido de agua en las formulaciones DES, equilibrando los aumentos de solubilidad y los problemas de viscosidad. Para la modelación, los parámetros PC-SAFT de (-)-epicatequina se ajustaron a datos experimentales de densidad y solubilidad, permitiendo predecir su comportamiento en diversos solventes. Los parámetros de interacción binaria se ajustaron para cada solvente, y el rendimiento del modelo se evaluó utilizando la métrica AARD, logrando desviaciones inferiores al 10% en la mayoría de los sistemas. Las predicciones reforzaron la idoneidad del 25 % en peso de agua como contenido óptimo para los DES, donde el aumento de la solubilidad debido a la adición de loruro de colina alcanza su punto máximo mientras se mantiene una viscosidad razonable. En la etapa final, se predijo la solubilidad de las procianidinas utilizando el enfoque wJPM, que estima parámetros oligoméricos a partir de parámetros monoméricos. Se predijo que las procianidinas compuestas por (-)-epicatequina tienen una mayor solubilidad que su monómero debido a sitios de asociación adicionales. Las procianidinas de tipo A exhibieron mayor solubilidad que las de tipo B, debido a la asimetría de sus esquemas de asociación. Aunque en el caso de la procianidina B2 en agua hay discrepancia con un experimento, las predicciones de PC-SAFT son lógicas y cualitativamente correctas. Este estudio avanza en la comprensión de la solubilidad de los polifenoles en sistemas complejos de solventes, apoyando la transición hacia solventes ecológicos para procesos de extracción sostenibles. Demuestra la utilidad de PC-SAFT como herramienta predictiva para modelar solubilidades y su potencial para guiar el diseño de procesos para productos naturales de alto valor. Al vincular parámetros oligoméricos con los monoméricos, este trabajo ofrece un marco para extender las predicciones de solubilidad a sistemas moleculares más complejos, contribuyendo al desarrollo de tecnologías verdes y eficientes.
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    Promising Thiolanium Ionic Liquid for Extraction of Aromatics from Aliphatics: Experiments and Modeling
    (2020) Lubben, M. J.; Canales Muñoz, Roberto; Lyu, Y.; Held, C.; Gonzalez Miquel, M.; Stadtherr, M. A.; Brennecke, J. F.
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    Selective conversion of biomass-derived furfural to cyclopentanone over carbon nanotube-supported Ni catalyst in Pickering emulsions
    (2020) Herrera, C.; Fuentealba Patiño, Denis Alberto; Ghampson, I. T.; Sepulveda, C.; Garcia Fierro, J. L.; Canales Muñoz, Roberto; Escalona, Néstor
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    Separation of furfuryl alcohol from water using hydrophobic deep eutectic solvents
    (2023) Cea Klapp, Esteban; Arroyo Avirama, Andrés Felipe; Ormazábal Latorre, Sebastián Alejandro; Gajardo Parra, Nicolás F.; Pazo Carballo, César Alexander; Quinteros Lama, Héctor; Marzialetti, Teresita; Held, Christoph; Canales Muñoz, Roberto; Garrido, José Matías
    Furfuryl alcohol (FA) is an important organic chemical feedstock that must be separated from water to upgrade it into high-value-added products. Since FA forms an azeotrope with water, liquid-liquid extraction is a suitable option for separating both compounds. This work evaluates the separation of FA from water using hydrophobic deep eutectic solvents (DES). Three DES were prepared using menthol, thymol, and octanoic acid by combining them in molar ratio as follows: thymol + octanoic acid (1:2), menthol + octanoic acid (1:2), and thymol + menthol (1:1). Experimental liquid-liquid equilibria (LLE) of ternary systems water + FA + DES measured at 313.15 K and 101.13 kPa were used to determine the distribution coefficient and selectivity values for FA when using each DES. The experimental results were compared with molecular dynamics (MD) using Martini 3 force field and modeled using Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) without any adjustable binary parameters. According to the results, selectivities and distribution coefficients using hydrophobic DES have comparable values to traditional volatile organic compounds (VOCs) used to separate FA from water. In general, DES shows better distribution coefficients compared with typical organic solvents. According to the results, a good alternative would be menthol + octanoic acid (1:2) or thymol + menthol (1:1) to replace typical VOCs. MD and PC-SAFT provide accurate estimations for ternary LLE in the range of examined thermodynamic conditions, which confirms the predictive consistency of both approaches. Microscopic properties computed with MD simulations evidence a surface activity or absolute adsorption of FA in the interfacial region, which is correlated with favorable distribution coefficients and selectivities.