Understanding the behavior of materials for caputre of greenhouse gases by molecular simulations
- Autores: Santiago Builes Toro
- Directores de la Tesis: Javier Rodríguez Viejo (dir. tes.), Maria Lourdes Vega Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Edward J. Maginn (presid.), María Concepción Domingo Pascual (secret.), Tina Düren (voc.)
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- Resumen
Establecer una cota global a las emisiones de gases de efecto invernadero ha sido imposibilitado por la complejidad que conlleva demostrar los efectos de la contribución humana al efecto invernadero. Para alcanzar un desarrollo sostenible es necesario, primero limitar y en lo posible eliminar las emisiones de dichos gases a la atmosfera. En este contexto, la adsorción de gases se ha establecido como una de las alternativas más efectivas a mediano plazo para la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, en esta tesis, el objetivo principal es estudiar a nivel molecular la adsorción de gases de efecto invernadero y comprender mejor la interacción entre las distintas variables que afectan el proceso de captura. En la primera parte de esta tesis se estudió, la separación de una mezcla de hexafluoruro de azufre (SF6) y nitrógeno (N2). El SF6 se emite en pequeñas cantidades, sin embargo por ser un potente gas de efecto invernadero con un tiempo de vida extremadamente alto se requiere un control estricto de sus emisiones. En este trabajo se estudió, empleando modelos simples, el efecto del tamaño de poro, la presión y la composición de la mezcla en la separación selectiva del SF6. Posteriormente, se realizaron simulaciones con modelos realistas de dos carbonos réplicas de zeolitas y se encontró que la selectividad predicha para el SF6 en dichos materiales es superior a la de los materiales previamente reportados en la literatura. En la segunda parte del trabajo se estudió el uso de estos materiales de carbono para la captura de dióxido de carbono (CO2) a temperatura ambiente, y se encontró que su capacidad de captura de CO2 a altas presiones es comparable a la de los mejores adsorbentes de CO2 reportados. Para comprender mejor la captura en los carbonos réplicas de zeolitas, se emplearon simulaciones moleculares para obtener información acerca de su compleja estructura interna y predecir las interacciones del CO2 con el interior de estos materiales. En la parte final de esta tesis se estudiaron materiales híbridos organo-inorgánicos, en particular, adsorbentes de sílica funcionalizados con grupos amino. Se desarrolló una nueva metodología de simulación para la generación de materiales de sílica funcionalizados con cadenas orgánicas y el cálculo de sus propiedades de adsorción. La metodología se evaluó empleando modelos de sílica gel y MCM-41 funcionalizados con diferentes cadenas orgánicas, comparando los resultados de las simulaciones de las isotermas de adsorción y la densidad de funcionalización con datos experimentales. Simultáneamente, se desarrolló un nuevo método que permite calcular adicionalmente a la fisisorción la quimisorción del CO2 en las aminas empleando simulaciones moleculares. En resumen, esta tesis de doctorado resalta diferentes posibilidades para la captura y separación de gases de efecto invernadero y proporciona nuevas herramientas de simulación para evaluar y optimizar sistemas de captura de gases. Esta tesis se enmarca dentro de la ciencia de materiales y muestra como la investigación básica en este campo puede ser usada como una herramienta para evaluar y optimizar procesos industriales.
