CO2 capture by clay membrane with metal oxide nanoparticles

Abstract

Actualmente, el dióxido de carbono (CO2) es el mayor contribuyente al efecto invernadero, responsable del 75% del total de gases liberados a la atmosfera. Por lo tanto, se han desarrollado nuevos materiales y tecnologías para mitigar los efectos nocivos de este gas ácido. Una de estas alternativas es la captura de CO2, que usa materiales que están en constante desarrollo. Así, este estudio se centra en el desarrollo de membranas a base de arcillas de las provincias de Morona Santiago (COL-307) y Zamora Chinchipe (CZP-303) en Ecuador. Estas arcillas tuvieron un proceso de purificación para eliminar impurezas. Además, se les añadieron diferentes cantidades de óxido de zinc (ZnO), óxido de hierro como ilmenita (FeTiO3) y magnesioferrita (MgFe2O4), y nanotubos de carbono (NTC) para mejorar la capacidad de adsorción de la arcilla. Las arcillas purificadas están compuestas de caolinita, que tiene una estructura porosa. La cual permite que los gases pasen a través de la membrana fácilmente, esto permite que el CO2 tenga más sitios activos para adherirse y separar este gas de otros. Por lo tanto, se desarrollaron cilindros y esferas de arcilla con nanopartículas de ZnO, FeTiO3, MgFe2O4 y NTC. Los compositos se probaron en un reactor de alta presión con CO2 puro a 25°C. Esto para determinar la cantidad de moles de gas adsorbidos debido a la caída de presión durante 24 horas. Además, los composites se caracterizaron con difracción de rayos X (XRD) para observar cambios en su estructura cristalina antes y después de las pruebas de adsorción, y análisis termogravimétrico (TGA) para determinar cambios químicos o físicos en el interior del material en contacto con el CO2. Los resultados mostraron que la adsorción de CO2 fue significativa cuando se añadieron óxido de zinc, nanopartículas de óxidos de hierro y nanotubos de carbono a los composites por separado, con valores de 2.37, 3.84 y 4.21 mmol de CO2/gramo. En conclusión, estos compositos tienen un prometedor poder de adsorción, lo cual muestra un interesante potencial para futuras aplicaciones en reducir las emisiones de CO2.