Evaluación de la adsorción de CO₂ en un biocompósito basado en lignina y las redes metal orgánicas HKUST-1 y UiO-66-NDC

Abstract

La adsorción con materiales porosos es uno de los métodos más útiles para la captura de CO₂, dicha técnica presenta ventajas como una gran capacidad de almacenamiento, su bajo costo y bajo consumo energético. Con este propósito, se propuso la síntesis de materiales biocompósitos basados en las redes metal orgánicas (MOFs) HKUST-1, UiO-66 y UiO-66-NDC, soportadas sobre la superficie del material biológico lignina. Las MOFs son materiales cristalinos tridimensionales ampliamente estudiados que ha demostrado tener una de las mayores áreas específicas para adsorción de compuestos, con respecto a otros materiales adsorbentes. Pero aún con esta característica algunos presentan desventajas como: ser inestables en sistemas acuosos y tener estabilidad térmica moderada. Sin embargo, estas características pueden mejorarse a través del soporte del MOF sobre un material adecuado. Para mejorar la estabilidad de las MOFs se eligió la lignina, un material biológico que comúnmente se obtiene como su producto en la producción de papel. Este resulta útil como soporte debido a que en estado natural dicho material tiene como función clave la unión de las fibras que conforman la estructura de los organismos vegetales. Además, entre las aplicaciones más extendidas de la lignina se encuentra su uso como compósito. Siendo la lignina la parte del compósito que aporta rigidez estructural al material, con lo cual se espera mejorar la estabilidad mecánica y química del MOF. Para la síntesis de los biocompósitos, se emplearon dos metodologías, una mezcla mecánica de los materiales previamente obtenidos y otra mezcla in situ (llevada a cabo durante la síntesis de las redes metal orgánicas), tras llevar a cabo estos procesos se obtuvieron dos tipos de materiales biocompósitos. El material biocompósito con UiO-66-NDC no se logró obtener. La caracterización de las propiedades fisicoquímicas de los materiales precursores se realizó mediante las técnicas de XRD, FT-IR, SEM y TGA, lo cual permitió determinar algunas propiedades como la morfología, la estructura, los grupos funcionales y la estabilidad térmica tanto d ellos precursores como de los biocompósitos obtenidos. La evaluación de los materiales biocompósitos se realizó mediante fisisorción de CO₂ con el fin de obtener los datos que permitieron verificar que los biocompósitos que se sintetizaron presentaron una capacidad de adsorción de CO₂ similar a la de la MOF de referencia. Sin embargo, aumenta la estabilidad térmica, esto debido a la sinergia en la estabilidad de los materiales precursores.