DESARROLLO DE CATALIZADORES DE Pt/C PARA LA ADSORCION DE GASES

II MARCO TEORICO

Revisión bibliográfica.

La revisión bibliográfica está clasificada en dos secciones enfocadas a la obtención del carbón activado para su uso como soporte del catalizador y las técnicas de caracterización del catalizador.

Cáscara de coco.

El coco es un cultivo utilizado comúnmente con fines industriales para su comercialización, ya que se elaboran jabnes, fibras, para consumo alimenticio. En México, la producción de coco como alimento aumento  9.2% entre los años 2013 y 2016 según la SAGARPA [1]. En el 2016, la producción de coco alcanzó las 221 mil toneladas. A nivel global, México ocupa el octavo lugar en producción de coco, el cual es producido en una superficie de 124.3 mil hectáreas distribuidas en nueve entidades del país, donde destaca el estado de Tabasco, donde se producen 10 mil 955 toneladas coco al año. En el grafico X se muestran los datos estadísticos de la producción de copra del año 2006, obtenidos del anuario de producción agrícola de la INEGI, donde se destaca que Tabasco es de los principales productores de copra, por debajo de estados como Guerrero y Jalisco.

[pic 1]

Figura 1 datos estadísticos de la producción de copra del año 2006

La cáscara de coco se usa como materia prima para la obtención de carbón activado [2]. El carbón activado es utilizado para el proceso de adsorción de gases debido a las propiedades que posee. Estudios recientes han demostrado que estas propiedades como el  área de superficie porosa y gran volumen poroso son aceptables en el proceso de adsorción [3]. El buen desempeño del carbón activado depende del tipo de activación al que sea sometida, ya que esto contribuye en el aumento de la capacidad de adsorción, según el pre tratamiento aplicado [4].  La materia biomásica con alto contenido de carbono tal como la cáscara de coco es utilizada para la elaboración de carbón activado mesoporoso, óptimas para la adsorción [5]. Según los estudios, la obtención de carbón activado a partir de materiales orgánicos ha demostrado tener el mismo desempeño que los de uso comercial. Generalmente, las características  y eficiencia de adsorción se determinan con los modelos de Freundlich (Ec. 1) y Langmuir (Ec. 2), cuyos resultados indican  la capacidad de adsorción, distribución  del área específica (SBET), diámetro de poro (DP) y volumen de poro (VP) [6]. Es por eso que el área de superficie porosa, el volumen de poros y sitios activos son de suma importancia en la preparación del catalizador como adsorbente de gases contaminantes en el aire [7].

Carbón activado

El carbón activado es un material con alto contenido de carbono y que posee propiedades que lo hacen versátil en el uso que se requiera, esto debido al gran campo de aplicación que tiene, uno de ellos es el de utilizarlo como soporte de catalizadores debido al área superficial que posee, lo que lo hace un material adsorbente. Se puede preparar utilizando precursores con alto contenido de carbono, materias orgánicas como cascara de coco, cascara de nuez, bagazo de caña y otras materias primas baratas que se encuentran en la naturaleza [2]. El carbón activado es utilizado en la industria para la remoción de componentes orgánicos e inorgánicos volátiles que se encuentran suspendidos ya sea en el agua o en el aire. La superficie de los carbones activados obtenidos a partir de precursores orgánicos como los antes mencionados, aportan beneficios al uso de estos como soportes en la elaboración de materiales adsorbentes como catalizadores metálicos soportados en carbón activado [8]. Debido a sus diferentes usos, la producción de carbón activado se ha extendido pues se le da uso en la elaboración de rellenos de elastómeros,  polímeros como plásticos, cauchos, pinturas. También, es utilizado para modificar propiedades físicas de ciertos materiales. Otra aplicación que se le da es en las baterías, ya que es usado en los electrodos de las celdas fotovoltaicas, condensadores eléctricos y debido a su alta superficie, como soportes de catalizadores [9].

De acuerdo con la terminología de la IUPAC, los poros cuyo tamaño no excede de 2 nm son llamados microporos, que son donde ocurre el fenómeno de adsorción en mayor medida, los que exceden de 50 nm son llamados macroporos, éstos juegan un papel importante en el transporte del adsorbato a través de los mesoporos hasta los microporos, los mesoporos son de tamaño intermedio a los valores mencionados (entre 2 y 50 nm) [10].  

Materiales porosos

Los sólidos porosos poseen altas áreas de superficie específica, por lo que generalmente se les da aplicación como materiales adsorbentes, ya sea como catalizadores o como soportes para sintetizar catalizadores. La IUPAC estandariza los poros en 3 tipos [11]:

• Microporos
• Mesoporos
• Macroporos

Los cuales son clasificados según el diámetro el poro, tal como lo muestra la figura 2:

Figura 2 Clasificación de tamaño de poro según IUPAC

Obtención y activación del carbón activado

Se produce a partir de materiales como: cortezas de almendras, cáscara de coco, turba, petróleo, brea y polímeros, nueces, palmeras u otras maderas, y carbón mineral [2, 8]. Este proceso se puede dividir en dos tipos, Activación Física (térmica) y Activación Química. En esta investigación se optó por elegir la activación química.

Activación química.

El material se impregna con un agente químico y se calienta en un horno a temperaturas dentro del rango térmico 500-1000℃. Los agentes químicos reducen la formación de material volátil y alquitranes, aumentando el rendimiento del carbón.  Sus principales características son el área superficial, tamaño de partícula, radios porales, dureza, densidad [12].

El agente de activación química cumple un papel fundamental en el aumento de las características superficiales del precursor, en este caso la cáscara de coco. La producción de carbón activado puede llevarse a cabo a través de una activación química por impregnación del precursor con un agente químico a temperaturas moderadas. Según las investigaciones, se evaluaron diversos agentes de activación química para determinar el rendimiento de estos al promover las características superficiales del material precursor, siendo el H3PO4 el agente activador que presentó valores de área superficial específica (SBET) de 1262 m2/g [13]. Estos resultados son en  comparación a otros agentes activos como el H2SO4, HNO3, HCL y ZnCl2, como se demuestra en la figura 3

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