Síntesis y aplicación de nanopartículas de carbono obtenidas mediante carbonización hidrotermal asistida con disolventes orgánicos

• Autores: Diego Flores Oña
• Directores de la Tesis: Andrés Fullana Font (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2024
• Idioma: español
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  • Tesis en acceso abierto en: RUA
• Resumen

  • En este trabajo se realiza la síntesis y aplicación de nanopartículas de carbono obtenidas mediante carbonización hidrotermal, para lo cual se desarrolló un método de síntesis que permite mejorar las propiedades ópticas de las nanopartículas, convirtiéndose en materiales prometedores para aplicaciones fotocatalíticas. En el capítulo 1 se realizó una revisión bibliográfica de los nanomateriales de carbono, los métodos de síntesis y su caracterización, profundizando en las reacciones y posibles mecanismos para la formación de las nanopartículas. Se estudió la influencia de las variables de proceso durante la carbonización y los métodos para separar las nanopartículas de los demás productos que salen del reactor. Esto permite contar con un punto de partida para poder desarrollar el nuevo método de síntesis y obtener nanomateriales con propiedades mejoradas. En el capítulo 2 se desarrolló el método de síntesis de las nanopartículas de carbono. En un reactor de carbonización hidrotermal se introduce una solución que contiene glucosa como fuente de carbono, se agrega un disolvente orgánico y se calienta hasta cierta temperatura por un tiempo determinado, este método se denomina carbonización hidrotermal asistida por disolventes. La mezcla agua-solvente orgánico, introducida en el reactor, permite obtener nanopartículas de carbono con mejores características ópticas. El proceso de carbonización fue probando tres solventes: hexano, tolueno y acetato de butilo, la temperatura fue de 200 oC, con tiempos de reacción de 1, 2 y 4 horas. Las nanopartículas de carbono fueron caracterizadas mediante microscopia electrónica, espectroscopia infrarroja, espectroscopia UV-Vis, espectroscopia de fluorescencia y análisis elemental. En el capítulo 3 se utiliza las nanopartículas de carbono sintetizadas en el anterior capitulo para reacciones fotocatalíticas para la degradación del colorante azul de metileno. Se prepararon soluciones de azul de metileno y se agrega el fotocatalizador en diferentes concentraciones, la degradación se realiza con luz visible que proviene de un fotorreactor y también con luz solar. Se evalúa la concentración del colorante a medida que trascurre el tiempo de irradiación de la muestra. Además, mediante un blanco, se determina que la degradación del colorante se debe a un proceso fotocatalítico y no a un proceso de adsorción. En el capítulo 4 se utiliza las nanopartículas de carbono como agente antibacterial. Estos nanomateriales tienen en su estructura molecular grupos funcionales oxigenados, que permiten la formación de especies oxidantes en la degradación de la bacteria Escherichia Coli. Se probó el poder antibacterial tanto con luz visible de un fotorreactor como con luz solar, midiendo la concentración de la bacteria, mediante un cultivo microbiano, en función del tiempo de irradiación; variando la concentración del fotocatalizador. El proceso desarrollado, en donde se introduce solvente orgánico en el reactor de carbonización hidrotermal, permitió incrementar el rendimiento másico en la producción de nanopartículas de carbono y mejorar sus propiedades ópticas. El mejor solvente fue el acetato de butilo, con un tiempo de síntesis de 1 hora y una temperatura de 200 oC. Se obtuvieron nanopartículas de carbono con grupos oxigenados superficiales que permiten la generación de especies redox para procesos fotocatalíticos. En los ensayos realizados en la degradación del azul metileno, se alcanzan porcentajes de degradación mayores al 90 % en tan solo 1 minuto de irradiación con luz solar. Por otro lado, para la degradación de Escherichia Coli, se aplicó luz solar y en un tiempo de 20 minutos se logra degradar la bacteria casi en su totalidad. Por lo tanto, las nanopartículas de carbono sintetizadas con el método desarrollado son nanomateriales prometedores en procesos fotocatalíticos que actúen con luz solar.