Desarrollo y caracterización de materiales nanoporosos en base a carbono a partir de biomasa lignocelulósica

GOMEZ DELGADO EDWARD; NUNELL, GISEL; BONELLI, PABLO; CUKIERMAN A. L.

Río Cuarto, Córdoba

Congreso; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

Universidad Nacional de Río Cuarto

Los materiales nanoporosos resultan de interés tecnológico por su potencialidad de empleo en unamplio espectro de aplicaciones. La aplicabilidad de los mismos depende de su diseño específico y del precursor utilizado para su desarrollo, que controlan su porosidad, área superficial, y química de la superficie. Entre los materiales nanoporosos, el desarrollo de carbones activados (CAs) continúa recibiendo atención, principalmente para aportar soluciones a problemas de contaminación del medio ambiente. En particular, se han intensificado los esfuerzos para obtener CAs altamente efectivos para la captura de gases de efecto invernadero, que requieren de estructuras con nanoporos de dimensiones inferiores a 2 nm. La caracterización textural de este tipo de nanoestructuras es compleja y requiere de mediciones complementarias de adsorción de N2 a 77 K y CO2 a 273 K. En este contexto, en el presente trabajo, se investiga el desarrollo de CAs con nanoporosidad estrecha a partir de biomasas foresto-agroindustriales, con énfasis en la caracterización textural de las estructuras nanoporosas. Se emplean como precursores piñas depino (Pinus sp.) y palos de yerba mate (Ilex paraguariensis) que resultan como residuos del procesamiento industrial de este cultivo, y el proceso de activación química. Este consiste en la carbonización del precursor (biochar) y la posterior activación del biochar con solución de KOH (relación másica de impregnación KOH/biochar = 2) bajo flujo de N2 a 873 K. Los CAs obtenidos se denominan CY o CP, dependiendo de si el precursor empleado es yerba mate o piñas de pino, respectivamente. Se alcanzan rendimientos del 16-20%. Los espectros Raman evidencian 2 bandas típicas de nanoestructuras en base a carbono: la banda D (1340- 1350 cm-1) y la banda G (1580-1590 cm-1). Ambos CAs presentan isotermas de adsorción de N2 del Tipo I, según la clasificación de IUPAC, evidenciando la presencia de estructuras nanoporosas. CY presenta un área BET algo superior a la de CP (899 y 697 m2 g-1). La distribución de tamaño de poros, y el volumen total de nanoporos se determinan a partir de las isotermas de adsorción de CO2. La Fig. 1 señala una notable similitud en la distribución de tamaño de poros, con poros comprendidos entre 0.4 y 1 nm, en ambos CAs, aunque CY presenta un volumen de nanoporos algo superior (0.43 y 0.34 cm3 g-1). CY también presenta un mayor contenido de grupos funcionales acídicos superficiales que CP (2.1 y 1.5 meq/g), mientras que su contenido de funcionalidades básicas es inferior (0.3 y 0.4 meq/g). La capacidad de adsorción de CO2, determinada a partir de las isotermas de adsorción de CO2 a 273 K y 101.3 KPa, es superior para CY que para CP (5.4 y 4.4 mmol g-1). Los grupos funcionales superficiales de los CAs no parecen ejercer una influencia pronunciada sobre su capacidad de adsorción de CO2. La mayor capacidad de remoción de CO2 para CY se relaciona con el mayor volumen de nanoporos presentes en este material.