Regular Transport-Layer Flows

El principal interés de la adsorción de CO2 de hoy en día se encuentra en el

secuestro de este gas para su almacenamiento posterior y así evitar el efecto invernadero asociado al cambio climático. Este procedimiento se podría llevar a cabo con adsorbentes sólidos porosos, y se realizaría probablemente en ciclos rápidos de adsorción y desorción.

Con objetivo de aplicar los materiales preparados en este trabajo, se realizaron ensayos de ciclos múltiples a algunas de las muestras que han dado mejores resultados de adsorción de CO2. Se seleccionaron REBCO y NOR impregnadas con las aminas PEI y

Se muestran a continuación algunos termogramas representativos realizados en distintas condiciones experimentales: los de la muestra REBCO en la figura 4.6.4.1. y los de la muestra NOR, en la figura 4.6.4.2.

REBCO PEI 25 ºC REBCO TEPA 25 ºC

REBCO PEI 100 ºC REBCO TEPA 100 ºC

Figura 4.6.4.1. Termogramas de adsorción/desorción multiciclo sobre REBCO

A 25 ºC se puede observar un comportamiento muy diferente en las dos aminas empleadas. Con TEPA no existe una adsorción neta de CO2 y no se observan ciclos

independientes. En cambio con PEI sí que se pueden observar. Tras una primera fase de estabilización en flujo de N2, se realizaron 6 ciclos de adsorción (en flujo de CO2) y

desorción (en flujo de N2). La masa medida (línea de color verde) sufre un ligero

incremento en cada ciclo, tanto en adsorción como en desorción, lo cual puede deberse a la adsorción permanente de alguno de los gases empleados. La cantidad adsorbida y recuperada en cada ciclo permanece aproximadamente constante.

A 100 ºC, el carbón REBCO con la amina PEI se comporta de manera similar, pero con una menor variación en la masa. Con la amina TEPA se obtuvo un resultado

20 40 60 80 T em per at ur e (°C ) 97 98 99 100 101 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 Time (min)

Sample: 9 PEI ELOY 25C 6c Size: 8.1990 mg

Method: CO2uptake25C6cycles TGA

File: \\...\9 PEI ELOY 25C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 05-Feb-2014 22:02 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

22 23 24 25 26 Tem per at ur e (°C ) 92 94 96 98 100 102 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 Time (min)

Sample: 9 TEPA ELOY 25C 6c Size: 22.2460 mg

Method: CO2uptake25C6cycles TGA

File: \\...\9 TEPA ELOY 25C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 06-Feb-2014 03:50 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

20 40 60 80 100 120 T em per at ur e (°C ) 90 92 94 96 98 100 102 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (min)

Sample: 9 PEI ELOY 100C 6c Size: 8.5030 mg

Method: CO2uptake100C6cycles TGA

File: \\...\9 PEI ELOY 100C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 04-Feb-2014 19:15 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

70 80 90 100 110 T em per at ur e (°C ) 75 80 85 90 95 100 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (min)

Sample: 9 TEPA ELOY 100C 6c Size: 17.0470 mg

Method: CO2uptake100C6cycles TGA

File: \\...\9 TEPA ELOY 100C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 05-Feb-2014 01:25 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

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intermedio: hay una disminución constante de la masa, pero también se observan ciclos regulares. Una explicación a este comportamiento es la volatilidad de la amina TEPA, que al ser un líquido molecular es más volátil a pesar de su elevado punto de ebullición (340 ºC) que el polímero que forma la amina PEI. Lo confirma el hecho de que a 25 ºC solamente se ha perdido un 8% de la masa mientras que a 100 ºC se ha volatilizado el 20%. Otra posible explicación, compatible con la anterior es que parte de la pérdida de masa se deba a metanol proveniente de la impregnación, ya que el secado de las muestras impregnadas no fue exhaustivo para evitar la pérdida de aminas por desorción.

NOR PEI 25 ºC NOR TEPA 25 ºC

NOR PEI 100 ºC NOR TEPA 100 ºC Figura 4.6.4.2. Termogramas de adsorción/desorción multiciclo sobre NOR

En las muestras del carbón activado NOR el comportamiento es similar. A 25 ºC se observa un comportamiento cíclico con la amina PEI, pero solamente una pérdida continua de masa con la amina TEPA. A 100 ºC se observan ciclos con ambas aminas, en ambos casos con pérdida global de masa. En el caso de emplear TEPA, también se

22 23 24 25 26 Tem per at ur e (°C ) 90 92 94 96 98 100 102 W ei ght (%) 0 50 100 150 200 250 300 350 Time (min)

Sample: 10 PEIA ELOY 25C 6c Size: 10.0590 mg

Method: CO2uptake25C6cycles TGA

File: \\...\10 PEIA ELOY 25C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 06-Feb-2014 09:02 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

22 23 24 25 26 T em per at ur e (°C ) 94 96 98 100 102 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 Time (min)

Sample: 10 TEPA ELOY 25C 6c Size: 13.9890 mg

Method: CO2uptake25C6cycles TGA

File: \\...\10 TEPA ELOY 25C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 06-Feb-2014 14:14 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

60 70 80 90 100 110 T em per at ur e (°C ) 94 96 98 100 102 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 Time (min)

Sample: 10 PEI ELOY 100C 6c Size: 5.9090 mg

Method: CO2uptake100C6cycles TGA

File: \\...\10 PEI ELOY 100C 6c.001 Operator: Ili Run Date: 05-Feb-2014 07:35 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

Universal V4.5A TA Instruments

20 40 60 80 100 120 Tem per at ur e (°C ) 80 85 90 95 100 105 W ei ght ( %) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (min)

Sample: 10 TEPA ELOY 100C 6c Size: 16.5230 mg

Method: CO2uptake100C6cycles TGA

File: \\...\10 TEPA ELOY 100C 6c.001 Operator: Ili

Run Date: 05-Feb-2014 15:53 Instrument: TGA Q500 V20.10 Build 36

produce mayor pérdida de masa a 100 ºC (19%) que a 25 ºC (4%), y la capacidad de adsorción-desorción a 100 ºC es escasa.

Una diferencia notable entre ambos carbones puede deducirse de la forma de las gráficas. Las variaciones de masa más bruscas en el carbón NOR (subidas y bajadas de masa más verticales, gráficas menos redondeadas) indican que tanto la adsorción como en menor medida la desorción se producen con mayor rapidez en este carbón, lo que permitiría acortar el tiempo de cada ciclo. No se observa el factor cinético asociado al uso de TEPA descrito en la bibliografía (Yue M.B. et al, 2006), sino que el efecto depende del carbón empleado.

En la tabla 4.6.4.1. se resume la información obtenida de los termogramas de ciclos múltiples de las muestras REBCO y NOR. Se incluye, con objeto de comparación, la cantidad adsorbida por los carbones no impregnados en un solo ciclo (última columna)

Tabla 4.6.4.1. Datos de adsorción/desorción en múltiples ciclos

Muestra Amina Nº Ciclos (masa) % Ads CO2 Temp ºC % Ads CO2 No impreg. 1ciclo REBCO PEI 6 1.8 25 5.2 REBCO PEI 6 4.9 100 1.96 REBCO TEPA 6 0 25 5.2 REBCO TEPA 6 3.7 100 1.96 NOR PEI 6 4.4 25 7.04 NOR PEI 3 3.3 100 2.21 NOR TEPA 6 0 25 7.04 NOR TEPA 6 1.25 100 2.21

A 25 ºC ninguno de los adsorbentes impregnados superó la cantidad de CO2

adsorbida por los materiales originales sin impregnar.

A 100 ºC, el mejor adsorbente multiciclo en cuanto a la cantidad de CO2

adsorbido resultó ser la muestra REBCO, impregnada con PEI. La impregnación con PEI da lugar a mejores resultados que con TEPA, además de mostrar una mayor estabilidad. En cambio, el carbón NOR destaca por su rapidez en la adsorción y desorción. En todos los casos en los que se han podido medir varios ciclos consecutivos, la cantidad adsorbida y recuperada apenas varía, por lo que se pueden considerar adsorbentes estables al menos en las condiciones ensayadas.

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También se ha observado que las cantidades de CO2 absorbidas en un ciclo no

siempre son similares a las absorbidas en varios ciclos. Esto puede deberse a una modificación de las muestras en el almacenamiento.