METODO DE OBTENCION DE GELES DE CARBON DOPADOS

Los últimos experimentos realizados por la Universidad de Granada, en el campo de la fabricación de geles de carbón, han permitido desarrollar un nuevo Método de obtención de geles de carbón dopados, geles obtenidos por dicho método y su aplicación como catalizadores.

La  invención se enmarca dentro del campo de la fabricación de geles de carbón, más concretamente en la fabricación de geles de carbón dopados con metales, materiales empleados habitualmente en electroquímica, como catalizadores en reacciones de síntesis, interés energético o medioambiental, o como adsorbentes de gases u otras moléculas contaminantes.

El método de la invención se basa por una parte en la utilización de un surfactante que introduce gran cantidad de centros de anclaje en el hidrogel formado, y en la realización a continuación de la etapa de dopaje sobre el hidrogel previamente obtenido. De este modo, los geles dopados resultantes de la invención presentan una estable dispersión de la fase metálica (nanopartículas) sobre la superficie de su nanoestructura.

Esta elevada dispersión resulta ventajosa durante la posterior carbonización del gel dopado, ya que le confiere a la fase metálica una elevada resistencia a la sinterización. Asimismo el método de la invención permite la obtención de aerogeles, xerogeles o criogeles, dependiendo de cómo se lleva a cabo la etapa de secado del gel dopado, dopados con diversos metales que son activos en múltiples procesos catalíticos.

El método contempla asimismo, la posibilidad de variar y controlar las condiciones de síntesis, tales como el tipo y concentración de compuesto fenólico y aldehído, la naturaleza iónica y concentración del surfactante, y opcionalmente de co-surfactante, el pH, la temperatura de las distintas etapas, tales como la temperatura de gelificación, la de curado, la de carbonización, los tiempos de cada una de ellas, la presencia o ausencia de agitación.

Esta versatilidad de parámetros y condiciones permite obtener geles con distintas características controladas de morfología (microesferas, nanoesferas, nanofibras, o materiales amorfos), porosidad (micro, mesoporosidad y macroporosidad), distribución superficial de las nanopartículas metálicas (y por tanto su accesibilidad a reactivos en posteriores reacción de catalización) y naturaleza química de las nanopartículas metálicas con elevada dispersión y alta resistencia a la sinterización, que presentan ventajas a la hora de su aplicación en procesos catalíticos en los que se vayan a emplear.

La invención se relaciona con un método para la preparación de un gel de carbón dopado con al menos un metal, que comprende la utilización de agua como disolvente, evitando así el uso de disolventes orgánicos y minimizando la formación de residuos. Dicho método en adelante método de la invención comprende las siguientes etapas:

1. Obtención de un hidrogel a partir de un compuesto fenólico (R), un surfactante (S) y un aldehído, (F)
2. Dopaje del hidrogel resultante de la etapa (1), con al menos un metal,
3. Curado del gel dopado resultante de la etapa (2) y
4. Carbonizar el gel curado resultante de la etapa (3).

VENTAJAS

- Ajustar la morfología de las partículas del gel a formas avanzadas como nanofibras, nanoesferas, microesferas, forma amorfa.

- Ajustar la porosidad de los geles, es decir, la micro-, meso- y macroporosidad.

- Ajustar la química superficial de los geles variando los reactivos y surfactante (introducción de monómeros con heteroátomos).

- Evitar la formación de partículas metálicas atrapadas en el interior de la matriz orgánica y/o la precipitación de la fase metálica antes de la gelificación.

- Obtener altas cargas de metal distribuidas homogéneamente en la superficie del soporte formando nanopartículas de naturaleza química definida y con alta resistencia a la sinterización.

- Obtener catalizadores activos, selectivos y estables, en base a las propiedades anteriores.

- Se mejora la dispersión y resistencia a la sinterización de la fase metálica dispersa sobre el gel orgánico, de forma que se mejora el rendimiento de los geles de carbón dopados en aplicaciones muy variadas dentro de la catálisis heterogénea: energía, medio ambiente, industria farmacéutica, síntesis de compuestos como herbicidas, fitosanitarios, etc., tanto desde el punto de vista de su actividad y selectividad, como de la estabilidad del catalizador.

FUENTE | www.oepm.es