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

Autor/a

Costa Gili, Lluís 

Abstract

De entre los gases de efecto invernadero, el dióxido de carbono es el más producido mundialmente. La conversión de esta molécula a productos con valor añadido es tendencia en investigación científica, especialmente por los metálico orgánico frameworks (MOF) que se utilizan como catalizadores para esta reacción. Los sistemas electroquímicos en flujo han despertado interés por aplicaciones industriales económicamente viables, tanto en los requerimientos de producción como por el valor del producto final. El catalizador ZIF-8 puede utilizarse para reducir el CO2 en monóxido de carbono, tal como diferentes estudios señalan. Este MOF puede ser sintetizado en flujo en condiciones que requieren poca consumición de energía así como la obtención de CO como producto valioso. Es por ello que esta tesis ha dirigido un estudio de síntesis de modificaciones del ZIF-8 que permita una mejora en la conversión del CO2 y las subsecuentes pruebas en sistemas de pequeña y gran escala. Varias muestras fueron sintetizadas a temperatura y presión ambientes en un tiempo de reacción corto, cumpliendo las condiciones para procesos industriales. Las modificaciones hechas al ZIF- 8, incluyendo reducción de tamaño y mejora de conductividad, lograron la estructura, cristalinidad y tamaño deseadas, verificado por PXRD. Además, se obtuvieron con éxito pruebas electroquímicas en celda de laboratorio junto con un sistema propio diseñado por medio de un indicador de presión. Los experimentos se realizaron en diferentes electrodos, donde el papel carbón tratado térmicamente obtuvo el mejor resultado. En general, los resultados de las muestras modificadas dieron un alto valor de conversión del CO2, siendo las muestras con aditivos ZIF-8 / ferroceno y ZIF-8 / trimetilamina los valores más elevados con 31,4 y 42,3 mA / cm2 sobre unos 26,2 mA / cm2 del ZIF-8 estándar. Adicionalmente, se pudo reducir el voltaje necesario para dar pie a la reacción, consiguiendo unos valores de 150-175 mV.
Finalmente, las muestras ZIF-8 (1: 8), (01:32) y ferroceno fueron experimentadas en flujo obteniendo una mejora clara respecto a los resultados en escala pequeña. En este caso, la muestra con aditivo también resultó siendo la que ha obtenido la mejor eficiencia.

Director/a

Colominas Guardia, Carles
Catalano, Jacopo ; Lock, Nina  

Estudios

IQS SE - Máster en Ciencia e Ingeniería de Materiales

Fecha

2020-09-14