Síntesis y Control Estructural de Adsorbentes de Óxido de Grafeno y Quitosano Aplicados a la Captura de Dióxido de Carbono

Abstract

"El incremento de la concentración antropogénica de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha sido considerado como el problema de mayor impacto en el cambio climático, el calentamiento global y la acidificación de los océanos. La importancia de reducir las emisiones ha sido ampliamente reconocida y con ello la necesidad de crear materiales y estrategias para la captura, uso y almacenamiento de este gas. La adsorción en materiales solidos porosos ha sido considerada como la forma más eficiente de captura. En este sentido, el óxido de grafeno (OG) ha captado gran interés debido a su alta área específica, estabilidad térmica y la facilidad de modificar su superficie. Adicionalmente, la incorporación de grupos amino en los adsorbentes mejora la capacidad y selectividad del proceso. En este trabajo se reporta la síntesis de compositos pilariados a base de óxido de grafeno y quitosano (QS) en donde, las condiciones de pH, temperatura, concentración de os reactivos en el medio de síntesis y relación másica QS/OG se modificaron para identificar su influencia en el mecanismo de formación de los materiales, así como en sus propiedades texturales y capacidad de captura. Los materiales obtenidos presentaron una estructura abierta con propiedades sinérgicas, lo que favorece la velocidad de adsorción, mejora la selectividad e incrementa la capacidad de captura de CO2. Adicionalmente, se evaluó el efecto de la presión y temperatura en el proceso de adsorción. A 8 bar y 25 °C se reportan capacidades de hasta 8.17 mmol/g, lo cual representa un incremento significativo (20 %) respecto a materiales de naturaleza similar, debido a la presencia de poros expandibles. A pesar del decremento en la capacidad de captura derivado del incremento en la temperatura, los compositos muestran capacidades de hasta 3.6 mmol/g las cuales son muy satisfactorias para su aplicación en sistemas postcombustión."

"Increasing concentration of anthropogenic carbon dioxide (CO2) in the atmosphere has the largest impact on climate change, global warming, and the increasing oceans acidity. The importance and urgency of carbon emission reduction have been broadly recognized. Therefore, it is required to capture and convert the atmospheric CO2 to decrease its concentration so that the global warming process can be mitigated to some extent. In retort to this, it is a current necessity to design low-cost and environmentally friendly CO2 capture methods or materials. Adsorption on porous solid adsorbents has been considered the most efficient way for CO2 capture. Graphene oxide (GO) has various applications as adsorbent due to its high surface area (2630 m2/g), thermal stability, and high amenability for surface functionalization. Additionally, the incorporation of basic amine functional groups inside the porous adsorbents can remarkably enhance the capacity and selectivity of CO2 adsorption. In this work, the synthesis of a pillared GO-chitosan (CS) composite is reported. pH, temperature, concentration and QS/OG mass ratio were modified to identify the reaction mechanisms and the effect on textural properties and consequently on the CO2 capture capacity of the composites. The obtained material has an open structure with hierarchical pore distributions as well as synergic properties with an enhanced rate, selectivity, and adsorption capacity. In addition, pressure and temperature were evaluated in the sorption process. CO2 capture capacities of 8.17 mmol/g were reached at 8 bar and 25 °C, which represents a significant increment (20 %) compared with materials of similar nature, due to the presence of mechanically flexible pores. Although the decrease in capacity derived by temperature, adsorption capacities at 80 °C (3.6 mmol/g) are efficient and enough for the use of the composites in post-combustion processes."