Exceso de adsorción de CO2 supercrítico en nanoporos de silica

ELOLA, MARÍA DOLORES; RODRIGUEZ, JAVIER

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Asociación Argentina de Investigación Fisico-Qímica (AAIFQ)

En este trabajo estudiamos las propiedades estructurales y dinámicas de dióxido de carbono supercrítico (scCO2) confinado en poros cilíndricos de silice de diámetros 3.8nm y 1nm, a través de simulaciones de Dinámica Molecular. Las simulaciones fueron generadas a lo largo de la isoterma T=315 K y densidades de CO2 entre 0.1g/cm 3 y 1g/cm 3 . Analizamos los perfiles de densidad en el eje axial y la densidad local en la dirección radial, como también la orientación molecular respecto de la distancia a la pared de silice, y propiedades dinámicas del fluido, como coeficientes dedifusión y tiempos orientacionales. En acuerdo con resultados  experimentales reportados en la literatura,[1-2] nuestros resultados muestran la existencia de una fase densa de fluido adsorbida en el interiordel poro, la cual, a densidades bajas, puede llegar a exceder a la densidad de la fase bulk en un factor 5 en los poros más pequeños. Más  detalladamente, los perfiles de densidad radial muestran una primera capa de CO2 adsorbida en la interfase, cuya posición y espesor son prácticamente independientes de la densidad, lo cual sugiere estar ante un fenómeno de condensación inducido por la superficie de silica. Alaumentar la densidad de scCO2 , este factor se acerca gradualmente a la unidad; y para las densidades más altas, encontramos que la densidad del fluido confinado puede llegar a ser menor que la de la fase bulk, resultando en un valor negativo de exceso de adsorción. Este efecto está relacionado con un empaquetamiento ineficiente del fluido dentro del poro a densidades altas, por encima de 0.9 g/cm3 .Las curvas de densidad en exceso (∆ρexc = ρporo ? ρbulk ) en función de la densidad de la fase bulk (ρbulk ) presentan un máximo a densidades bajas, cuya intensidad es mayor para los poros más pequeños, y la posición del máximo se desplaza hacia densidades mayores a medida que aumenta el tamaño del poro. Estos resultados demuestran las ventajas de un almacenamiento de CO2 por adsorción, y enfatizan la mayor eficiencia de poros sub-nanométricos por sobre materiales meso-porosos en fenómenos de adsorción. Finalmente analizamos los efectos sobre la adsorción de distintas funcionalizaciones en las paredes internas del poro, considerando cubrimientos de tipo hidrofóbico/hidrofílico; también evaluamos cambios en la rugosidad de la interfase.