Adsorción de CO2 en compósitos de derivados de carbono y una red metal orgánica y su estabilidad en agua

Abstract

La síntesis de compósitos de derivados de carbón y una red metal orgánica (MOF) de cobre (HKUST-1), se realizó mediante tres metodologías: mecanoquímica (MQ), post-síntesis (PS) e in-situ (IS). Mediante la síntesis MQ se lograron determinar las propiedades de los compósitos cuando se realiza una mezcla mecánica de los componentes, la estructura de la MOF se preservó, de acuerdo con los resultados de difracción de rayos X (DRX). En la PS el material carbonoso se agrega a la MOF, mientras ésta se forma, las condiciones de síntesis de la HKUST-1 se ven afectadas por la presencia del óxido de grafeno reducido (Gred) lo que modifica la estructura de la MOF y se obtiene el material bidimensional [Cu2(OH)(BTC)]n·2nH2O. En la síntesis IS, los iones de cobre se pre-adsorben sobre el material carbonoso y posteriormente, se lleva a cabo una reacción con el ligante orgánico para obtener la MOF, se buscó que la dispersión del material fuera mayor con esta metodología. Los resultados indicaron que la MOF se formó con una mayor cristalinidad que la obtenida para la referencia HKUST-1. La capacidad de adsorción del compósito IS-Gred supero la capacidad de HKUST-1 en 45.77 % para N2, en 29.57 % para CO2 y en 50.50 % para H2O. En todos los compósitos sintetizados mediante IS, la estructura se mantiene después de la adsorción de agua y la estabilidad térmica aumenta.

The synthesis of carbon derivative composites and a metal organic framework (MOF) of copper (HKUST-1) was carried out using three methodologies: mechanochemistry (MQ), post-synthesis (PS) and in-situ (IS). By means of the MQ synthesis, it was possible to corroborate the properties of the composites when a mechanical mixture of the components is made, the structure of the MOF was preserved, according to the results of X-ray diffraction (XRD). In PS the carbonaceous material is added to the MOF, while this is formed, the synthesis conditions of HKUST-1 are affected by the presence of reduced graphene oxide (Gred) which modifies the structure of the MOF and get the two-dimensional material [Cu2(OH)(BTC)]n·2nH2O. In the IS synthesis, the copper ions are preadsorbed on the carbonaceous material and subsequently a reaction is carried out with the organic binder to obtain the MOF, it was sought that the dispersion of the material was greater with this methodology. The results indicated that the MOF was formed with a higher crystallinity than that obtained for the HKUST-1 reference. The adsorption capacity of the composite IS-Gred exceeded the capacity of HKUST-1 at 45.77% for N2, 29.57% for CO2 and 50.50% for H2O. In all composites synthesized by IS, the structure is maintained after water adsorption and the thermal stability increases.