Designing modified ZIF-8 catalyst in batch systems for industrial applications

Autor/a

Costa Gili, Lluís 

Abstract

D’entre els gasos d’efecte hivernacle, el diòxid de carboni és el més produït mundialment. La conversió d’aquesta molècula a productes amb valor afegit és tendència en recerca científica, especialment pels metallic organic frameworks (MOF) que s’utilitzen com a catalitzadors per aquesta reacció. Els sistemes electroquímics en flux han despertat interès per aplicacions industrials econòmicament viables, tant en els requeriments de producció com pel valor del producte final. El catalitzador ZIF-8 pot utilitzar-se per reduir el CO2 a monòxid de carboni, tal com diferents estudis assenyalen. Aquest MOF pot ser sintetitzat en flux en condicions que requereixen poca consumició d’energia així com l’obtenció de CO com a producte valuós. És per això que aquesta tesis ha dirigit un estudi de síntesi de modificacions del ZIF-8 que permeti una millora en la conversió del CO2 i les subseqüents proves en sistemes de petita i gran escala. Diverses mostres van ser sintetitzades a temperatura i pressió ambients en un temps de reacció curt, complint les condicions per processos industrials. Les modificacions fetes al ZIF- 8, incloent reducció de mida i millora de conductivitat, van aconseguir l’estructura, cristal·linitat i mida desitjades, verificat per PXRD. A més, es van obtenir amb èxit proves electroquímiques en cel·la de laboratori juntament amb un sistema propi dissenyat per mitjà d’un indicador de pressió. Els experiments es van realitzar en diferents elèctrodes, on el paper carbó tractat tèrmicament va obtenir el millor resultat. En general, els resultats de les mostres modificades van donar un alt valor de conversió del CO2, sent les mostres amb additius ZIF-8/ferrocè i ZIF-8/trimetilamina  els valors més elevats amb 31,4 i 42,3 mA/cm2 sobre uns 26,2 mA/cm2 del ZIF-8 estàndard. Addicionalment, es va poder reduir el voltatge necessari per donar peu a la reacció, aconseguint uns valors de 150-175 mV.
Finalment, les mostres ZIF-8 (1:8), (1:32) i ferrocè van ser experimentades en flux obtenint una millora clara respecte els resultats en escala petita. En aquest cas, la mostra amb additiu també ha resultat sent la que ha obtingut la millor eficiència.

 

Director/a

Colominas Guardia, Carles
Catalano, Jacopo ; Lock, Nina  

Estudis

IQS SM - Màster en Ciència i Enginyeria de Materials

Data

2020-09-14