Preparación de fibras y otros materiales de carbono para adsorción de co2 en post-combustión

Resumen

La adsorción de CO2 sobre sólidos porosos en sistemas de post-combustión constituye una de las alternativas prioritarias para reducir y estabilizar su concentración a los niveles exigidos. Entre los adsorbentes estudiados, los materiales de carbono resultan especialmente interesantes debido al carácter hidrofóbico (mayor estabilidad en presencia de humedad) y menor calor de adsorción (facilidad de regeneración) que generalmente presentan. En el contexto de desarrollo sostenible, su obtención a partir de residuos biomásicos conllevaría beneficios sinérgicos adicionales, al capturarse CO2 y valorizarse un residuo simultáneamente. Sin embargo, las condiciones típicas de las corrientes de post-combustión suponen un verdadero reto y sus capacidades de adsorción y selectividades aún deben ser mejoradas para su implementación real. Ambos parámetros están intrínsecamente relacionados con las propiedades fisicoquímicas y estructurales del material, por lo que los esfuerzos se están orientando a clarificar su influencia, así como a desarrollar nuevos materiales carbonosos con las características óptimas. En esta línea, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido caracterizar y evaluar una serie de materiales de carbono diferentes como adsorbentes de CO2 en condiciones de post-combustión. En concreto, se han preparado seis materiales de carbón a partir de cuatro tipos de residuos lignocelulósicos con alto potencial de valorización, abundantes y de bajo coste: fibras de carbón por electrospinning, FCL, y un carbonizado granular, GCL, a partir de lignina Alcell®; dos carbones activos, GAS y GAWBa, por activación física de hueso de aceituna y residuo de aglomerado de madera, respectivamente. GAWBa fue, además, impregnado con acetato de bario en una etapa posterior para dotarlo de un cierto número de grupos básicos superficiales. Finalmente, otro carbón activo, GAL, y una tela de carbón activada, CAD, se sintetizaron por activación química con ácido fosfórico de lignina y tela vaquera. Los distintos materiales se han caracterizado utilizando diversas técnicas y procedimientos, tales como adsorción-desorción de N2 a -196 ºC, adsorción de CO2 a 0 ºC, XPS, DTP y SEM. Para la evaluación de los materiales en la aplicación de interés se han realizado experimentos de adsorción, en equilibrio y en columna lecho fijo, en un rango amplio de condiciones experimentales e incluyendo las temperaturas, presiones y composiciones típicas de los procesos de post-combustión. También se ha estudiado el potencial de regeneración de varios de los materiales mediante ciclos de adsorción-desorción. Los resultados obtenidos han sido muy prometedores, alcanzándose capacidades de adsorción y selectividades comparables a las de otros materiales complejos incluso a temperaturas elevadas. Cabe destacar, además, que la presencia de H2Ov, o bien no afecta de manera significativa al rendimiento de los materiales analizados; o bien, podría actuar de forma sinérgica y mejorar su capacidad de adsorción. Por otro lado, se ha conseguido profundizar y establecer relaciones muy interesantes entre las características estructurales del material (porosidad, química superficial, morfología, etc.) y la capacidad de adsorción en diferentes condiciones; y se han calculado diversos parámetros termodinámicos y cinéticos importantes para futuras etapas de diseño.