Fibras de carbono como adsorbente y soporte de un líquido iónico para la captura de dióxido de carbono a alta presión

Abstract

"El dióxido de carbono (CO2) es considerado uno de los gases de efecto invernadero que más contribuye al calentamiento global debido al incremento de su concentración en la atmósfera, producto de la quema de combustibles fósiles. Por ello, la captura de CO2 surge como una estrategia de reducción de emisiones y posible reutilización del gas en sistemas productivos. En este estudio se evalúo la cinética y capacidad de captura de CO2 a alta presión (hasta 8.5 bar) mediante fibras carbonizadas de bagazo de agave como adsorbente y soporte del líquido iónico (LI) acetato de 1-butil-3-metilimidazolio. Se realizó la caracterización fisicoquímica de las fibras de carbono, obteniendo una estructura macroporosa con alto contenido inorgánico, el cual disminuyó después de un lavado ácido (FCLA) y generó un material con mayor área específica (348 m2/g) y propiedades superficiales más neutras (pHpzc 8.07). La impregnación con una relación en masa de FCLA-LI 1:1x10-3 disminuyó en un 74 % el área específica del soporte y mostró una capacidad de 1.466 mmol/g de CO2 en 50 min (a 25 °C y 1 bar), 3.4 % mayor que FCLA en el mismo tiempo. La cinética y capacidad de captura se favoreció en condiciones de alta concentración de CO2; no obstante, en una atmósfera de aire, FCLA-LI 1:0.075 mostró una capacidad de 0.405 mmol/g en 60 min, que demuestra el potencial del material para la captura de CO2 directamente de la atmósfera. El aumento de la presión de 1 hasta 8.5 bar en un sistema de alta presión, mejoró de 3 a 5 veces la cinética y capacidad de sorción de CO2 en las fibras de carbono prístinas e impregnadas. Con base en nuestros resultados, el mecanismo propuesto sugiere la interacción gas-sólido por fisisorción y gas-líquido por quimisorción a baja presión (1 bar); mientras que, a mayor presión (mayor a 8.5 bar), la sorción puede relacionarse con las propiedades texturales."

"Carbon dioxide (CO2) is one of the greenhouse gases that contributes the most to global warming due to the increase in its concentration in the atmosphere, as a product from combustion of fossil-fuels. For that reason, CO2 capture emerges as a strategy for reducing emissions and possible reuse of this gas in production systems. In this work, CO2 kinetics and capture capacity at high pressure (to 8.5 bar) were evaluated using carbonized agave bagasse fibers as adsorbent and support for ionic liquid (LI) 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. Physicochemical and morphological characterization of carbon fibers was carried out, obtaining a macroporous structure with high inorganic content, which decreased after an acid wash (FCLA) and generated a carbon-based material with a higher specific area (348 m2/g) and a more neutral surface charge (pHpzc 8.07). Impregnation with a FCLA-LI 1:110-3 mass ratio decreased the specific area of the support by 74 % and showed a capture capacity of 1,466 mmol/g CO2 in 50 min (at 25 ° C and 1 bar), 3.4 % higher than FCLA at the same time. The kinetics and uptakes were favored in higher CO2 concentration. However, in an air atmosphere (0.04 % CO2, 78 % N2 and 19.5 % O2), FCLA-LI 1:0.075 obtained a capacity of 0.405 mmol / g in 60 min, which demonstrates the potential of the material for CO2 capture from the atmosphere. Increasing the pressure from 1 to 8.5 bar in a high-pressure system improved kinetics and sorption capacity 3 to 5 times on pristine and impregnated carbon fibers. Based on our results, interactions gas-solid by physisorption and gas-liquid by chemisorption at low pressure were suggested; while at higher pressure (8.5 bar), sorption was related to the adsorbent porous structure."