Estudio de los mecanismos de activación y aplicabilidad de materiales carbonosos derivados de espumas de poliuretano en procesos de adsorción, separación de gases y biomedicina

Resumen

Dada la problemática del efecto invernadero, y su directa relación con las emisiones de CO2, materiales baratos y que sean capaces de adsorber cantidades importantes de dicho gas son necesarios, además, dado el auge del uso de metano, y su posible contribución al efecto invernadero por su uso como combustible en vez de la gasolina en los medios de transporte, son necesarios materiales capaces de actuar como tamices moleculares de forma que se separen el metano de otros gases presentes durante su extracción, como el CO2. Uno de los materiales candidatos más interesantes para estos propósitos son los carbones activos. Como precursor de dicho carbón se utilizaron espumas de poliuretano comerciales, un plástico muy abundante y de difícil reciclado. Por ello en este trabajo se han estudiado con detalle los mecanismos de las reacciones de activación, cuyas reacciones completas y mecanismos no han sido plenamente confirmados. Por ello se activaron precursores de poliuretano mediante procesos químicos añadiendo KOH y NaOH, mientras que a su vez se añadieron sales como aditivos, capaces de producir un mayor desarrollo de la porosidad de los materiales con condiciones menos energéticas, estudiando así las reacciones y procesos que realmente ocurren valiéndose de técnicas como TEM, isotermas de adsorción, y seguimiento de los gases desprendidos durante la reacción mediante TPR. Se llevaron a cabo activaciones físicas con CO2 y agua, mediante las cuales se estudió el desarrollo de poros de ambos gases en el material de partida. Los materiales fueron aplicados en procesos de adsorción de CO2, yodometano y cloruro de mercurio, así como en separación de mezcla de gases CO2/CH4, y en estudios de biocompatibilidad. Como conclusiones destacadas se constató la posibilidad de obtener carbón activo mediante espumas de poliuretano comerciales con todas las técnicas de activación. Se consiguieron materiales con grandes capacidades de adsorción de CO2 activados mediante KOH. Las activaciones con CO2 en el material resultaron favorecer la formación de microporos, así, se sintetizaron tamices moleculares mediante activaciones con CO2 capaces de llevar a cabo separaciones casi perfectas de mezclas de CO2/CH4. Las activaciones mediante vapor de agua propiciaron la formación de materiales más mesoporos, siendo capaces de adsorber grandes cantidades de yodometano, se elucidó que los mesoporos son los responsable de las grandes cantidades de yodometano adsorbidas en los materiales. A su vez se confirmó que los materiales derivados de carbón activo, tanto aquellos derivados de precursores poliméricos, como los derivados de diferentes residuos de petróleo, eran plenamente biocompatibles con células comerciales humanas, abriendo el campo para la utilización de dichos materiales en biomedicina. Se confirmó que la adición de KCl y NaCl a sus correspondientes hidróxidos, producía una mejoría en el procesos de activación, consiguiendo un mayor desarrollo de poros, a menores temperaturas y con rendimientos mayores, hechos probablemente producidos por su influencia en la disolución de subproductos como carbonatos, cuya solubilidad en el sistema se incrementa al estar presentes dichas sales, favoreciendo el contacto entre los hidróxidos y el carbón. Por último, se propusieron reacciones, en base a cálculos simples termodinámicos, a los experimentos de temepratura programada, y a los diagramas de fases de sales fundidas, de las reacciones de activación concretas y el mecanismo de la activación misma, en las activaciones mediante hidróxidos.