Nuevas rutas de anclaje de compuestos poliaminados sobre SBA-15. Evaluación de su potencial como adsorbentes de CO2

Abstract

Desde que comenzó la era industrial, la vida y las costumbres de los hombres han ido cambiando a un ritmo muy rápido. Los cambios en las formas de comunicación y en el medio de transporte, sobre todo, han producido cambios en el medio ambiente. En los últimos años se está empezando a actuar sobre las consecuencias que estos actos están teniendo. Uno de los efectos más relevante es la aparición de los llamado gases de efectos invernadero (GEI) de origen antropogénico. Entre ellos el predominante es el CO2. La concentración de este gas se ha incrementado alrededor de un 23 % en los últimos 50 años lo que ha llevado a un aumento de la temperatura de la Tierra. Para paliar estas consecuencias, los dirigentes de los países desarrollados han llevado a cabo numerosos acuerdos entre los que destaca el Protocolo de Kyoto. A nivel práctico, se están estudiando una gran multitud de técnicas para la eliminación de dióxido de carbono, entre las que destaca la captura y almacenamiento de CO2. La tecnología más avanzada de captura de CO2 es la absorción con aminas. Esta técnica es de gran eficiencia pero tiene ciertos inconvenientes, como el elevado gasto energético para regenerar las aminas, que han impulsado al estudio de otras técnicas para realizar este proceso. Entre ellas destaca el empleo de adsorbentes selectivos con elevada capacidad para la captura de CO2. Actualmente, se está analizando ampliamente la adsorción de dióxido de carbono con materiales mesoestructurados que incorporan moléculas aminadas. Se ha comprobado que cuantos más grupos amino contenga el soporte, mayores son los puntos de anclaje que contienen dicho material y mayor será la adsorción. El objetivo principal de este investigación ha sido evaluar la potencialidad como adsorbente del material SBA-15 en el que se han incorporado los compuestos poliaminados tetraetilenpentamina (TEPA) y polietilenimina de bajo peso molecular (PEI). Los métodos utilizados en este trabajo han sido la impregnación de TEPA y PEI y el anclaje químico de estas moléculas aminadas. En el anclaje han seguido dos vías bien definidas: - Vía Isocianato: Se han sintetizado adsorbentes mediante el anclaje de 3-Isocianato-propil-trimetoxisilano al material SBA-15 y posteriormente se ha introducido las moléculas de TEPA o PEI haciédolo reaccionar con el isocianato de forma que éstos queden fuertemente retenidos. - Vía Glutaraldehído: En este caso se ha empleado como soporte SBA-15 funcionalizada con aminopropiltrimetoxisilano (AP). En primer lugar ha reaccionado el glutaraldehído con el grupo amino del AP y posteriormente éste ha reaccionado con las moléculas de TEPA o PEI. Los materiales sintetizados mediante impregnación y anclaje han sido analizados determinar sus propiedades fisicoquímocas y adsorción de una corriente pura de CO2 a 45 ºC. Los resultados, en el caso de impregnación, muestran que tanto los materiales impregnados con tetraetilenpentamina (TEPA) como los impregnados con polietilenimina (PEI) muestran capacidades de adsorción elevadas alcanzando valores de cantidad adsorbida de 133,3 y 74,8 mg CO2/g a 1 atm, repectivamente . Sin embargo, los adsorbentes con TEPA pierden parte de esta capacidad al someterlo a varios ciclos de adsorción-desorción y regeneración. Para mejorar estos adsorbentes, se procedió al anclaje químico. Mediante la ruta isocianato se sintetizaron adsorbentes con diferentes concentraciones de organosilano y se anclaron cantidades estequiómetricas, con respecto al isocianato, de TEPA. Las capacidades de adsorción de estos materiales resultaron inferiores a las de los materiales impregnados, la mayor cantidad adsorbida de CO2 es para el material SBA-15-0,5ISCT-0,5TEPA es 40,9 mg CO2/g a 4,5 atm. El anclaje de PEI al soporte mediante la vía isocianato dio como resultado adsorbentes que presentan una capacidad de adsorción prácticamente constante tras superar una concentración de PEI anclado. La mayor cantidad adsorbida fue para el material SBA-15- 0,5ISCT-60%PEI alcanzando un valor de 38,4 mg CO2/g 4,5 atm. Los adsorbentes sintetizados mediante la ruta glutaraldehído que incorporan TEPA o PEI se comportaban de manera similar, dando capacidades de adsorción de CO2 incluso inferiores a la de SBA-15. El material que alcanzó la mayor cantidad de CO2 fue SBA-15-0,5GT-15%PEI (44,6 mg CO2/g 4,5 atm). Un último experimento se llevó a cabo para determinar la causa por la cual no se pudiera anclar un porcentaje mayor al 15% de PEI. Se concluyó que al someter a reflujo el soporte parte del PEI que se había incorporado en el soporte se lixivia quedando, únicamente, una pequeña proporción en el interior.