Preparación de materiales porosos para la formación de supercondensadores y tratamiento de aguas

Abstract

Este proyecto se ha basado en la creación de monolitos carbonosos a partir de materiales derivados del carbón, así como la mejora de su conductividad y funcionalidad para su uso como electrodos en condensadores electroquímicos de doble capa (EDLC), o supercondensadores, en dispositivos de almacenamiento de energía, o como adsorbentes para tratamiento de aguas, puesto que ambas áreas de investigación cuentan con importante peso en España.
Dichos monolitos se han preparado mediante calentamiento del polisacárido base, almidón en agua, utilizando un horno microondas para crear el gel y añadiendo después diferentes nanopartículas carbonosas a la muestra y mezcladas con objetivo de obtener una buena dispersión. A continuación, los geles se han enfriado para desarrollar su estructura carbonosa. Se ha eliminado el agua después, para carbonizar los materiales en último lugar y obtener los monolitos porosos deseados.
Para su aplicación en condensadores, los monolitos modificados con grafito se han cortado para crear electrodos en forma de disco y se han introducido en una celda electroquímica de tipo Swagelok, que contenía a su vez un papel separador de membrana y un líquido iónico como electrolito. Se han realizado análisis de carga y descarga galvanostática, voltametría cíclica y espectroscopía de impedancia para determinar la utilidad de dichos materiales como electrodos en función de su estabilidad en los ciclos, capacitancia específica e impedancia, respectivamente.
El estudio de adsorción ha consistido en el análisis de los materiales modificados con nanotubos de carbono (CNTs) y grafeno, así como el material base sin nanopartículas (S800) en comparación con carbón activo para la eliminación de los herbicidas 2,4-D, Atrazina y S-metolacloro, elegidos por su amplio uso en España y por los problemas que acarrea su uso en las aguas españolas. Se ha evaluado y modelado el proceso de adsorción mediante la preparación de una serie de disoluciones de concentración conocida de cada contaminante, y se ha seguido en proceso en función del tiempo, así como en función de la cantidad de adsorbente. Las isotermas de adsorción se han modelo utilizando los modelos de Freundlich y Langmuir, así como el modelo mixto Freundlich-Langmuir, mientras que la cinética del proceso se ha modelado usando modelos de pseudo primer orden y pseudo segundo orden.