Adsorción de gases en nanoestructuras de carbón

Abstract

El desarrollo de la presente tesis es el siguiente: El capitulo 2 es un breve desarrollo de distintos aspectos vinculados al estudio de la adsorción. Se comienza enumerando, a través de la información experimental asociada (isotermas), los procesos que pueden presentarse sobre superficies carbonosas. Luego se introducen los conceptos termodinámicos básicos en que tanto los comportamientos de las especies adsorbidas como las interfases en las que yacen son ideales (gas ideal, superficie 2D) o no están muy alejadas del caso ideal. El capitulo se cierra enumerando distintos modelos simples de gas reticular que admiten soluciones exactas, comenzando con el caso ideal (sin interacciones) para ir incorporando distintos elementos que alejan al sistema de dicha situación ideal. En el capitulo 3 se menciona la maquinaria experimental y teórica que, en general, se emplea al estudiar la adsorción, pormenorizándose, en particular, la adoptada en esta tesis. Del lado experimental se señalan las ventajas y desventajas de los dos métodos mas empleados (volumétrico y gravimétrico).para mediar las isotermas de adsorción / desorción, mas allá del rol complementario que pueden tener ambos. Del lado teórico los dos métodos utilizados (simulaciones computacionales basadas en la mecánica estadística y cálculos de química quántica) si bien de naturaleza muy diferente, determinan resultados que muchas veces ofrecen posibilidades de complementación y/o retroalimentación. Como se señaló mas arriba, dentro de las aplicaciones de la adsorción / desorción de gases sobre superficies de carbón, la presente tesis apunta a su utilización en el almacenamiento de gases de alto contenido energético, por una parte, y el tratamiento de mezclas, vinculadas a procesos de separación o purificación, por otra. En el primer caso (almacenamiento) el gas de interés fue metano adsorbido/desorbido sobre superficies de grafito (capitulo 4), que se emplea como sustrato de referencia para otros estudios, y los nanotubos y nanocuernos de carbón (capitulo 5) en los que además de metano se exploraron otros gases como el nitrógeno, del que si bien en general hay abundante información en la literatura, no ocurre lo mismo en el caso de estas nuevas superficies nanoestructuradas. Asimismo se presenta un nuevo modelo para estudiar describir cierto tipo de carbones activados (capitulo 6), en el que se explora la adsorción de nitrógeno, por lo mencionado anteriormente (disponer de abundante información experimental para comparar). Finalmente (capitulo 7) se estudia el segundo caso (separación) comenzando con modelos exactos de mezclas de gases en el marco de distintas aproximaciones, para abordar luego el caso de nitrógeno – oxígeno y etano – etileno.