3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.5. Impregnación con aminas
Teniendo en cuenta que el contenido de nitrógeno en la superficie mejora la tasa de adsorción de CO2 (Gray M.L.et al, 2004) y que el nitrógeno añadido dentro de aminas
debería contribuir a mejorar la basicidad a fin de atraer CO2 ácido, varias muestras de
carbones activados se impregnaron con cuatro aminas comerciales, en dos disolventes diferentes, agua y metanol, y con dos concentraciones de 20% y 50% w / w con el fin de comparar el comportamiento de adsorción y para probar para cuál de los procedimientos, muestras y temperaturas de adsorción se observaron los mejores resultados.
CARBONIZACIÓN Reactor sin entrada
10 ºC min-1 700 ºC, 2h Carbón ACTIVACIÓN Aire 200 mL min-1 10 ºC min-1 600 ºC, 2h CA ACTIVACIÓN CO2 200 mL min-1 10 ºC min-1 750 ºC, 2h CC
78
Las muestras fueron impregnadas con cuatro aminas: etilendiamina (ETA), monoetanolamina (MEA), polietilenimina (PEI) and tetraetilenpentamina (TEPA).
Aminas disueltas en agua
Se ensayaron dos métodos diferentes al impregnar aminas en base acuosa: En primer lugar, un tratamiento con el 20% en peso de amina. Para ello se preparó una disolución de amina (3 g) en 12 mL de agua. Se añadió 1 gramo de carbón, y se agitó durante tres horas a temperatura ambiente, seguido de 30 minutos de lavado con agua destilada y un secado adicional a 105 ºC durante 8 horas. Este método fue seleccionado porque se había ensayado en nuestro laboratorio en la preparación de adsorbentes en fase acuosa y catalizadores básicos.
El segundo método incluyó el aumento de la concentración de amina hasta el 50% en peso. 7.5 gramos de amina se mezclaron con 7.5 gramos de agua, se añadió 1 gramo de CA, y en esta preparación se eliminó el paso de post-lavado. Las muestras permanecieron secándose a temperatura ambiente durante 48 h.
Aminas disueltas en metanol
La impregnación con las aminas se llevó a cabo mediante la dispersión de 1 gramo de carbón en una disolución de 7.5 gramos de amina (50% en peso.) y en 7.5 gramos de metanol. Se agitó durante 30 minutos, con filtrado y secado a temperatura ambiente durante 48 h, como fue descrito por Xu, Song y co- trabajadores (Xu, X. et al, 2003).
Caracterización física de los carbones activados
3.2.1. Adsorción física de gas
Se llevó a cabo la adsorción de N2 a 77 K mediante un equipo Autosorb 1 de
Quantachrome. La muestra se desgasificó previamente mediante aplicación de vacío durante 24 h a 110 ºC.
Mediante esta técnica se obtuvieron las curvas de adsorción y desorción, donde se representa el volumen de nitrógeno adsorbido frente a la presión relativa (isoterma de adsorción) en un intervalo de presiones relativas que van desde 10-7 hasta 0,99.
A partir de la isoterma de adsorción se ha calculado la superficie específica mediante la aplicación de la ecuación de BET, el volumen de microporos, la energía de adsorción así como la distribución de tamaño de poro mediante aplicación de las ecuaciones de Dubinin-Radushkevich (D-R) y de Dubinin-Astakhov (D-A).
3.2.2. Índice de yodo
El índice de yodo (IY) se define como los miligramos de yodo adsorbidos por cada gramo de carbón cuando la concentración residual de yodo en una disolución acuosa es 0,01 M (0,02 N).
Para su determinación se prepararon disoluciones de yodo (I2) 0,05 M, tiosulfato
de sodio (Na2S2O3) 0,1 M y ácido clorhídrico (HCl) al 5% en peso. Las muestras de carbón
a analizar se trituraron hasta alcanzar un tamaño de partícula menor a 1 mm y se secaron en estufa hasta peso constante. Se pesaron cuatro cantidades de carbón, de forma que estas cantidades se calculan para tener valores de concentración de yodo residual entre 0,005 y 0,0175 N, para un determinado valor de índice de yodo estimado, IE. El cálculo de cada una de estas cantidades es el siguiente
M
0,005=
285IE[Ec. 3.2.2.1]
M
0,0075=
270IE[Ec. 3.2.2.2]
80
M
0,0175=
206IE[Ec. 3.2.2.4]
A cada una de estas cantidades de carbón se le agregaron 10 mL de la disolución de HCl y se agitó, de forma que todo el carbón estuviera en contacto con la disolución. Posteriormente se puso el conjunto a hervir en placa calefactora durante 30 segundos, y una vez se hubo enfriado se añadieron 25 mL de la disolución de yodo agitándose durante un minuto. Pasado este tiempo se filtró por gravedad y se transfirieron 17,5 mL del filtrado a un matraz erlenmeyer, valorándose con la disolución de tiosulfato de sodio.
Así para cada uno de los cuatro casos se calcularon los miligramos de yodo adsorbidos por gramo de carbón (X/M) y la concentración residual de yodo (Ci). Cuando el valor de Ci no estaba comprendido entre los valores de 0,004 y 0,02 M se repitió el proceso empleando distintas cantidades de carbón y se volvió a partir suponiendo IE diferentes al inicial.
El valor de IY se obtuvo mediante la recta calculada para la representación del logaritmo de X/M frente al logaritmo de Ci, cuando Ci es igual a 0,01 M.
Las disoluciones de yodo 0.05M (0.1N) suponen disolver una cantidad que es superior a su solubilidad. Por ello hay que mezclarla 1:3 en peso con yoduro potásico. La disolución de yodo es ligeramente volátil por lo que no pudo ser usada como patrón primario, y por ello se valoraron con una disolución de tiosulfato de sodio 0.10M (0.1N).
3.2.3. Porosimetría de mercurio
Los ensayos de porosimetría de mercurio fueran realizados empleando un porosímetro de mercurio Quantachorme PoreMaster 60. Los ensayos se realizaron en un rango de presiones comprendido entre 0.1 y 60000 psi (6.89 102 y 4.14 · 108 Pa) y
permite analizar poros de diámetro desde 950 µm a 3.6 nm.
Se calcula el volumen de macroporos como el volumen de mercurio correspondiente a poros con un diámetro o anchura de poro de 50 nm o superior y el volumen de mesoporos como la diferencia entre el volumen total medido por esta técnica y el volumen de macroporos.
3.2.4. Picnometría de helio
El equipo utilizado ha sido un estereopicnómetro modelo SPY-D160–E de Quantachrome. Previamente al análisis la muestra se secó en estufa a 80 ºC durante 24h y además una vez pesada la muestra y colocada en la celda se pasó una corriente de He durante 20 minutos para eliminar impurezas que pudieran estar adsorbidas.
La determinación de la densidad mediante esta técnica se basa en el cálculo del volumen (Vm) de una cantidad de conocida de muestra. Para ello se mide la caída de
presión producida cuando al He sometido a una presión conocida (P1) en el interior de
una cámara de volumen conocido (Vc) junto con la muestra estudiada, se le permite
acceder a otra cámara de expansión de volumen también conocido (Va).
De tal forma que siendo P2 la presión ejercida por el gas cuando ocupa también
este volumen adicional, Vm se calcula según la siguiente ecuación:
V
m= V
C+
1−VaP2P1