Preparación, caracterización y funcionalización de materiales carbonosos para la adsorción de CO2 (2013)
La contaminación del aire es uno de los problemas ambientales más importantes, y es resultado de las actividades del hombre. Las causas que originan dicha contaminación son diversas: las actividades industriales, comerciales, domésticas y agropecuarias. Existen un gran número de gases que son los responsables de la contaminación ambiental, sin embargo en los últimos años debido a la creciente cantidad de CO2 liberado a la atmósfera y su impacto en el cambio climático, todos los procesos encaminados a su captura han cobrado gran interés. El desarrollo de nuevos sólidos porosos con mejores propiedades en términos de capacidad de adsorción, afinidad y cinética de adsorción, constituye un amplio campo de trabajo, bajo esta perspectiva, en esta tesis doctoral se realizó un aporte al conocimiento de la química de los sólidos adsorbentes por medio de la preparación, caracterización y funcionalización de materiales carbonosos de tipo granular y monolítico que contribuyen a mejorar la adsorción de un gas de elevado interés medioambiental como es el dióxido de carbono. Los adsorbentes se obtuvieron mediante activación química de cuesco de palma africana (Elaeis Guineensis) con soluciones de Cloruro de Zinc, Cloruro de Calcio y Acido Fosfórico a diferentes concentraciones. Las muestras obtenidas se caracterizaron textural y químicamente mediante diferentes técnicas experimentales. Con base en los resultados de caracterización, se eligieron las muestras con las mejores propiedades adsorbentes para ser funcionalizadas, con el objetivo de incrementar los grupos superficiales de carácter básico y por ende la afinidad de los materiales por el CO2. Los carbones activados presentan áreas superficiales entre 161-1700 m2/g y volumen de poro entre 0,09- 0,64 cfm3/g. Los resultados experimentales indicaron que los procesos de funcionalización aumentaron el contenido de nitrógeno en los carbones activados, su basicidad y la capacidad de adsorción de CO2 de los sólidos porosos. La funcionalización con amoníaco genera un aumento en la adsorción de CO2 entre el 10-30%, mientras que con hidróxido de amonio el aumento es mayor lográndose un 20-70% más de CO2 adsorbido. Lo cual indica que la modificación de los sólidos en fase líquida resulta ser más efectiva para incrementar la adsorción de CO2 en los materiales carbonosos. Adicionalmente se evidencia que la metodología más adecuada para el incremento de la capacidad de adsorción de CO2 resulta ser la oxidación previa de la superficie y posterior reacción con hidróxido de amonio, debido a que se logra aumentar en un 82% la adsorción del gas de interés, mientras que la funcionalización directa del carbón activado, genera tan solo un incremento del 70% como máximo. Las pruebas de adsorción de CO2 mostraron que en los carbones activados preparados se logra una cantidad adsorbida de CO2 a 273K y 1 bar entre 114-370 mgCO2/g. La capacidad de adsorción de CO2 a 298K y 1 bar de los materiales carbonosos oscila entre 55-138 mgCO2/g y las cantidades de CO2 adsorbidas a 45 bar y 298K se encuentran entre 380-768 mgCO2/g.