Foto-reducción de CO2 en un reactor discontinuo de tanque agitado

Abstract

El presente trabajo tuvo como objetivo establecer el efecto de diferentes parámetros de operación en la foto-reducción de CO2 en un reactor discontinuo de tanque agitado empleando arcillas pilareadas con hierro (Fe-PILC’s) como catalizador. La síntesis de las arcillas pilareadas de hierro fue una etapa importante, ya que nos permitió asistir a la reacción de foto-reducción y poder observar la actividad que tiene este material como catalizador en este tipo de reacciones. El proceso de síntesis fue llevado a cabo por el proceso de pilariamiento con tratamiento por intercambio iónico y el material sintetizado fue caracterizado por difracción de rayos X (DRX), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y fisisorción de nitrógeno. En la presente investigación se estableció la siguiente hipótesis: Las arcillas pilareadas con hierro catalizan la foto-reducción de CO2 hacia ácido fórmico. Donde la hipótesis se muestra favorable, ya que las arcillas pilareadas con hierro (Fe-PILC’s) no sólo permiten llevar a cabo la foto-reducción de CO2, sino que además estos materiales promueven el aumento en la concentración de compuestos orgánicos entre los que se encuentra el ácido fórmico (HCOOH).

Se analizaron las muestras finales de cada experimento mediante el analizador TOC-L midiendo el Carbono Inorgánico (CI) y el valor del COT (Carbono Orgánico Total) para cuantificar la cantidad de CO2 absorbido y la conversión del CO2 absorbido a moléculas orgánicas como el ácido fórmico (HCOOH). Además, las pruebas hechas con una solución 0.5 M de NaOH muestran no solo un aumento considerable en la absorción de CO2 sino también un aumento en la concentración de compuestos orgánicos obtenidos dado por el valor del COT. Se realizó el análisis estadístico mediante el empleo de un diseño central compuesto centrado en sus caras (DCCCC) y haciendo uso de la metodología de superficie de respuesta (MSR), estudiando el efecto de 2 factores de operación: masa de Fe-PILC’s (W) y flujo volumétrico de CO2 (Q), sobre la respuesta del valor del COT. Se identifica con ayuda de herramientas de optimización (gráfico de contornos y la gráfica de superficie de respuesta) la zona óptima que maximiza los resultados de obtención de HCOOH medido por carbono orgánico total (COT) en un equipo TOC-L. El punto óptimo determinado con la ayuda del software Design Expert  para la región experimental es el caso en el que la masa de catalizador toma un valor de 5.5 mg en un volumen de 100 mL y un flujo volumétrico de CO2 de 9.0 mL/min. Por cromatografía de líquidos (UHPLC) se determinó la presencia del ácido fórmico obtenido del sistema de reacción, con una concentración de 13.87x10-06 M (mol/L) de HCOOH a condiciones óptimas de operación en medio H2O.