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CAICYT (996/84 y PB86-279)

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La presente Tesis Doctoral consiste en la formación y desarrollo de hidratos de metano en el espacio confinado de nanomateriales porosos (carbones y MOFs) para ser utilizados como sistemas eficientes de almacenamiento de metano (gas natural). La tesis está dividida en dos secciones. En la primera sección, se explica el estado actual del arte y la necesidad de buscar alternativas a los sistemas de almacenamiento de metano por compresión y licuefacción. Además, se explican los materiales evaluados, así como las diferentes técnicas experimentales utilizadas para su caracterización, con especial énfasis en la caracterización de los hidratos de metano. En la segunda sección de la tesis, se recogen los resultados más relevantes en 5 capítulos. En el primer capítulo se estudian los procesos de congelación y fusión de agua en un carbón activado y el efecto que produce la aplicación de presión de metano en materiales semejantes en composición, pero diferente tamaño de poro. En el tercer capítulo se evalúa la formación de hidratos en un carbón activado con aditivos para promover cinética y termodinámicamente el crecimiento del mismos. En el cuarto capítulo se utiliza se utiliza agua marina y se compara sus efectos en los hidratos con respecto a agua destilada. En el quinto capítulo se seleccionan dos MOFs altamente porosos como alternativas a carbones para crecer cristales de hidratos.

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) constituyen uno de los grupos de contaminantes atmosféricos más importantes, incluso a concentraciones bajas, por sus efectos nocivos. En el medio ambiente estos compuestos intervienen en la destrucción de la capa de ozono, son precursores de oxidantes fotoquímicos y son agentes responsables de la lluvia ácida y del cambio climático. Además, Las COV provocan enfermedades como el cáncer y mutaciones a nivel genético. Generalmente, los COV se producen en fase gas y, además, se encuentran a muy bajas concentraciones, por lo que el control de tales emisiones resulta costoso a la hora de aplicar técnicas que involucren altas eficiencias. Es por esto que existen muchas investigaciones que buscan optimizar los diferentes métodos existentes para el control de las emisiones, de entre las que destacan la industria química, petrolera y de plásticos, entre otras, sin olvidar las emisiones procedentes del uso de la gasolina en vehículos y estaciones de gasolina, así como las medidas de control, basadas en métodos de separación (coordinación, adsorción y uso de membranas), o en métodos destructivos (oxidación térmica, catalítica, fotocatalítica o biológica). Por lo tanto, las diferencias técnicas para la reducción de los COV podrían contribuir, en combinación con otros esfuerzos, a combatir el cambio climático y a estabilizar la concentración atmosférica de los gases de efecto invernadero. LA adsorción es uno de los métodos más efectivos y con mayor aplicabilidad en la retención de COV a bajas concentraciones. La adsorción se lleva a cabo en sólidos porosos, entre los que se destacan las zeolítas, los slúmins, el gel de sílice, y sobre todo, el carbón activado en sus diferentes morfologías. El carbón activado, debido a su alta hidrofobicidad y alta superficie específica, es uno de los sólidos, se están desarrollando nuevos materiales carbonosos con propiedades mejoradas, como los carbones activados esféricos. Los carbones activados esféricos, presentan varias ventajas frente a los carbones activados graduados y en forma de polvo, debido a que presentan alta resistencia al desgaste, alta resistencia mecánica, alta capacidad de adsorción, alta pureza, bajo contenido en cenizas, superficie lisa, buena fluidez, buen empaquetamiento, baja caída de presión, alta área superficial y alto volumen de microporos. Por ello, entre los objetivos de esta investigación destaca el desarrollo de nuevos materiales carbonosos esféricos que tengan elevada área superficialidad y una química superficial apropiada que permita una elevada afinidad hacia los diferentes COV estudiados. Esos materiales, junto con carbones comerciales, se emplearán en el tratamiento de emisiones de vapores de gasolina. Desde este punto de vista, en este trabajo de Tesis Doctoral se muestra la preparación de carbones activados a partir decarbones comerciales en forma de esferas obtenidos de brea de utilizando vapor de agua y C₂. También se prepararán carbones esféricos a partir de residuos carbohidratos mediante activación física utilizando C₂y activación química con NaOH, KOH y H₃PO₄. Por otra parte, también se obtendrán carbones activados a partir de residuos lignocelulósicos fibrosos mediante activación química utilizando como agentes activantes hidróxidos alcalinos NaPO₄. Para ello se empleará una metodología utilizada recientemente para la síntesis de carbones activados esféricos. El estudio de diversas variables en los procesos de activación, entre las cuales destaca el tipo de precursor, agente activante y concentración del agente activante, además de las condiciones experimentales, como la temperatura, el tiempo y la atmosfera, nos permitirá realizar un análisis amplio y riguroso para determinar las condiciones óptimas para desarrollar materiales aplicables a la retención de tolueno, etanol y vapores de gasolina.