New generation adsorbents for gas separation, from modeling to industrial application - Bahamn̤ Garca̕ Daniel; Universidad Autn̤oma de Barcelona. Instituto de Ciencia y Tecnologa̕ ambiental
Teniendo en cuenta el rp̀ido aumento de la poblacin̤ y el crecimiento en el consumo de energa̕ como consecuencia de grandes progresos en transporte y tecnologa̕, el desarrollo sostenible es de especial relevancia pues sugiere la bs͠queda de formas de mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, incluyendo la captura y almacenamiento de carbono (o utilizacin̤), la eficiencia energťica, fuentes alternativas de energa̕ y ahorro de energa̕, como ya se ha sugerido por el protocolo de Kioto y los informes del IPCC. De ah ̕que en los l͠timos aǫs se haya dedicado un esfuerzo considerable a desarrollar tecnologa̕s para la captura y almacenamiento de CO2 a partir de fuentes concentradas de emisin̤. Adems̀ de establecer nuevas tecnologa̕s, durante las l͠timas dčadas la ciencia de materiales sl̤idos porosos se ha convertido en una de las r̀eas ms̀ intensas de investigacin̤ y desarrollo para qum̕icos, fs̕icos y cientf̕icos de materiales. De hecho, se ha avanzado considerablemente en el desarrollo de nuevos adsorbentes para diversos procesos de separacin̤. Por ejemplo, las estructuras r̤gano-metl̀icas (MOFs) han ido ganando considerable atencin̤ como materiales prometedores para aplicaciones de almacenamiento y separacin̤ de gases, debido a sus propiedades excepcionales. Sin embargo, es necesaria una comprensin̤ a nivel molecular de la adsorcin̤ de gases para acelerar el diseǫ y desarrollo de aplicaciones a la carta. Tambiň es fundamental conocer el comportamiento bajo condiciones de humedad e impurezas, como se tiene normalmente en aplicaciones industriales especf̕icas. El trabajo desarrollado en esta Tesis Doctoral destaca el uso de tčnicas de simulacin̤ molecular para la optimizacin̤ de procesos relacionados con el medio ambiente. El objetivo general se centra en avanzar en el campo de materiales para la captura y separacin̤ de dix̤ido de carbono a condiciones de proceso. Se considera de manera explc̕ita la influencia del vapor de agua e impurezas, tanto a la luz de los fundamentos de la adsorcin̤ como en la aplicacin̤ para la captura de CO2 por post-combustin̤ mediante ciclos de adsorcin̤ por oscilacin̤. Partiendo de una breve descripcin̤ de los fundamentos de la adsorcin̤ y de las simulaciones moleculares, se presenta una revisin̤ exhaustiva de estudios recientes de materiales para captura y separacin̤ de CO2, proporcionando as ̕informacin̤ valiosa para su aplicacin̤ industrial. Basados en esta revisin̤, se han estudiado en detalle algunos de los materiales ms̀ prometedores para un proceso de adsorcin̤ por cambio de temperatura (TSA) basado en simulaciones moleculares, proponiňdose un nuevo procedimiento para la evaluacin̤ y optimizacin̤ de los sistemas de captura en condiciones reales. Dada la gran influencia de trazas de agua en la separacin̤, se investiga tambiň el CuBTC (uno de los MOF ms̀ estudiados y estables en agua) en comparacin̤ con la zeolita de referencia 13X. Se examina en detalle el efecto de las especies coexistentes, as ̕como la influencia del agua y SO2 en los gases de combustin̤, con el fin de llegar a una mejor comprensin̤ de la capacidad de adsorcin̤, la selectividad, la localizacin̤ de las molčulas en el material, las distribuciones de calor isostřico y su relacin̤ con el proceso. Asimismo, se han llevado a cabo estudios paramťricos detallados para una investigacin̤ comparativa de la separacin̤ de mezclas multi-componentes de gases de combustin̤ mediante el uso de otras zeolitas como caolinita y chabacita. Y finalmente, se presenta un trabajo adicional relacionado con otro problema medioambiental: la separacin̤ de un contaminante (ibuprofeno) en agua, mediante el uso de carbones activados, usando las mismas tčnicas computacionales, demostrando as ̕la versatilidad de las herramientas empleadas para este tipo de sistemas.