Estudio del crecimiento de nanomateriales carbonosos sobre sustratos metálicos estructurados
- Autores: Vanesa Martínez Hansen
- Directores de la Tesis: Antonio Monzón Bescós (dir. tes.), Carlos Royo Pascual (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis María Gandía Pascual (presid.), Nieves Latorre (secret.), Miguel Ángel Centeno Gallego (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Química y del Medio Ambiente por la Universidad de Zaragoza
- Materias:
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- Resumen
Las reacciones solido-líquido-gas catalíticas se llevan a cabo habitualmente en reactores tipo “slurry” y “trickle bed”, los cuales presentan una serie de inconvenientes que limitan sus aplicaciones. Por ello se ha propuesto el desarrollo de nuevos reactores catalíticos estructurados basados en monolitos, mallas, filtros o espumas. Estos reactores estructurados tienen una elevada área de contacto, favorecen la difusión interna, y no necesitan de una etapa posterior de separación del catalizador. La opción elegida en este trabajo para estructurar el catalizador y/o soporte, ha sido el crecimiento “in situ”, mediante descomposición catalítica de hidrocarburos (CCVD), de una capa de nanomaterial carbonoso (nanotubos y nanofibras), el cual puede ser utilizado como soporte catalítico o como catalizador, dependiendo de la posterior reacción.
Se han estudiado diversos sustratos metálicos, los cuales han sido ensayados en termobalanza y caracterizados mediante distintas técnicas físico-químicas como SET, XRD, adsorción de N2, etc. Los resultados obtenidos, junto con el modelo cinético aplicado, han permitido seleccionar las condiciones óptimas de crecimiento del material nanocarbonoso para cada material. Con respecto a los materiales ensayados, la malla de acero AISI 316L requiere de una activación previa (HCl, oxidación y reducción 800 ºC) para ser reactiva. Con este material se ha logrado hacer crecer una capa de nanotubos de carbonos alineados verticalmente, que cubre homogéneamente toda la estructura. La pérdida del material formado tras reacción a 800 ºC en baño de ultrasonidos con agua es de un 23%. La producción se incrementa notablemente en estructuras de malla corrugada, por lo que es un material con gran potencial de aplicación como soporte estructural.
Las espumas tanto de acero, como de Inconel, muestran una reactividad superior a las malla bajo condiciones de reacción similares. Sin embargo, a temperaturas por encima de 800 ºC sus estructuras se ven comprometidas por fatiga térmica. La adherencia del producto para espuma de acero es adecuada (14% de pérdida de producto), pero inferior para espuma de Inconel. En el caso de las mallas de filtración de acero, la reacción a 700 ºC conduce a la formación de nanotubos y nanofibras no alineados, cubriendo completamente la superficie de los hilos de la malla. Las condiciones se fijaron en 800 ºC para la malla de Fecralloy, y se observa que el producto obtenido en este caso también posee cierto alineamiento vertical. Los resultados de adherencia son satisfactorios: 9-12% de pérdida de producto depositado sobre malla de filtración de acero, y sin pérdida de producto aparente en el caso del Fecralloy sinterizado.
Finalmente, las estructuras monolíticas elaboradas con chapa de acero muestran una escasa reactividad, puesto que se produce el taponamiento de los canales, por lo que deberían ser rediseñadas para poder ser utilizadas.
