Preparación de fibras submicrométricas de base carbonosa para aplicaciones energéticas y medioambientales - García-Mateos, Francisco José (UMA Editorial, 2017)
En esta Tesis Doctoral se estudia la valorización de la lignina como precursor de fibras de carbón. Para ello, las fibras se han preparado por electrospinning de disoluciones de lignina-etanol y lignina-etanol-H3PO4. Para ello se ha optimizado el proceso de preparación de fibras de carbón prestando atención especial a la etapa de estabilización de las fibras de lignina, ya que esta es la etapa controlante del proceso de preparación. De esta forma se han preparado fibras de carbón con distintas propiedades físico-químicas para su uso en aplicaciones funcionales como en procesos de adsorción en fase líquida, procesos catalíticos en fase gaseosa, y procesos de conversión y almacenamiento de energía. Gracias a la funcionalización de las fibras de lignina con P se producen unos entrecruzamientos en la estructura de la lignina debido a la formación de grupos éteres fosfatos y polifosfatos, los que mejoran las condiciones de estabilización acortando el proceso en 20 o 50 veces con respecto a las fibras de lignina sin funcionalizar. Además, debido a la funcionalización con P se han obtenido fibras de carbón estructuradas con elevada resistencia a la oxidación, con un carácter ácido y con elevadas superficies específicas (hasta 2000 m2/g). Las fibras de carbón sin P y funcionalizadas con P se han utilizado como adsorbentes para la adsorción de fenol en fase líquida, presentando elevadas capacidades de adsorción y cinéticas de adsorción muy rápidas, debido al carácter microporoso que estas tiene y que la porosidad está muy accesible desde la superficie de la fibra de carbón. Además, se ha planteado un modelo matemático para simular el comportamiento en columna de adsorción, obteniendo resultados muy satisfactorios. También se ha estudiado la regeneración de los adsorbentes carbonosos. Al funcionalizar precursores carbonosos con P, se obtienen materiales carbonosos con grupos de P muy estable térmicamente. De esta forma, se ha estudiado la estabilidad térmica de los grupos de fósforo preparando fibras de carbón con temperaturas de carbonización entre 500 y 1600 ºC. Para ello, se ha realizado la descomposición de isopropanol, una molécula modelo que se utiliza para caracterizar los sitios ácidos-básicos de la superficie. Las fibras de carbón funcionalizadas con P presentan carácter ácido, deshidratando el isopropanol para la producción de etileno. Estos catalizadores carbonosos presentan ácidez comparable a la de un catalizador comercial ácido. Se han preparado electrocatalizadores carbonosos con muy buena dispersión de partículas de platino por toda la matriz carbonosa. Esta buena dispersión y homogeneidad se debe a que se han preparado fibras de lignina con metales en un solo paso. Estos electrocatalizadores presentan buen comportamiento para la electroxidación de metanol y etanol. Se propone el uso de fibras de carbón como electrodos carbonosos en supercondensadores sin la adición de promotor de la conductividad y aglomerante. Se han preparado fibras de carbón lineales y con un cierto grado de interconexión a temperaturas de carbonización de 900 ºC, presentando buenas conductividades eléctricas y elevados valores de capacidad. Además, la carga y descarga del supercondensador se realiza en varios segundos.
Keywords: Fibras de carbono - Tesis doctorales; Fibras de carbón; H3PO4; Electrospinning; Aplicaciones medioambientales; Aplicaciones energéticas