Síntesis y evaluación catalítica de nanoestructuras de carbono a partir de fibra de agave

Abstract

Lignocellulosic residues are an important source of biomass in our country, which can be considered as raw material in obtaining carbonaceous materials, these were produced by pyrolysis of agave fiber. The results obtained revealed that the hydrothermal process was favorable for the synthesis of carbon fibers and subsequently potentiated the production of graphite and graphene oxide (OG) sheets by determining and optimizing the reaction conditions. The formation of graphite and graphene oxide was indicated by the XRD study, Raman spectroscopy and by TGA thermal analysis, which presented the oxidation range of carbon. The morphology of the samples (SEM) showed the microstructure of the Agave Tequilana Weber Fiber (AFTW) and the synthesized reaction products Graphite-600 °C, GO-800 °C and GO-1000 °C, which are allotropes of Carbon, had variable size and thickness, with potential surface characteristics useful in various industrial applications. The thermal process was considered an economical and environmental way of obtaining materials under inert conditions. The electronic and reactivity properties of oxidized and functionalized graphene nanoribbons (OGNR) were studied within the framework of density functional theory. Regarding the stability of the OGNRs, we found that the substitutions near the edges (E) energetically stabilized the OGNRs rather than the substitution near the center of the nanoribbon. After calculating the reactivity of OGNRs, promising nanostructures in terms of reactivity as adsorbents were proposed to analyze the interaction and complexation with phenol, an important pollutant removed mainly by HDT processes, whose physisorption on OGNR of streams containing pollutants could be adapted to new technological applications for the removal of aromatic compounds in environmentally friendly operating conditions.

Los residuos lignocelulósicos son una fuente importante de biomasa en nuestro país, que puede considerarse como materia prima en la obtención de materiales carbonosos producidos por pirólisis de fibra de agave. Los resultados obtenidos revelaron que el proceso hidrotérmico fue favorable para la síntesis de fibras de carbono y potencializó posteriormente la producción de láminas de grafito y óxido de grafeno (OG), determinando y optimizando las condiciones de reacción. La formación de grafito y óxido de grafeno fue indicada por el estudio XRD, espectroscopía Raman y por análisis térmico TGA, que presentó el rango de oxidación del carbono. La morfología de las muestras (SEM) mostró la microestructura de la Fibra de Agave Tequilana Weber (FATW) y de los productos de reacción sintetizados Graphite-600 ° C, GO-800 ° C y GO-1000 ° C, que son alótropos de carbono, presentó tamaño y espesor variable, con características superficiales potenciales útiles en diversas aplicaciones industriales. El proceso térmico se consideró una forma económica y medioambiental de obtener materiales en condiciones inertes. Las propiedades electrónicas y de reactividad de las nanocintas de grafeno funcionalizadas con grupos oxidados (OGNR) se estudiaron en el marco de la teoría funcional de la densidad. Con respecto a la estabilidad de los OGNR, las sustituciones cerca de los bordes (E) estabilizaron energéticamente los OGNR en lugar de la sustitución cerca del centro de la nanocinta. Tras el cálculo de la reactividad de los OGNRs, se propusieron las nanoestructuras prometedoras en cuanto a reactividad como adsorbentes para analizar la interacción y la complejación con fenol, un importante contaminante eliminado principalmente por procesos de HDT, cuya fisisorción en OGNR de corrientes que contienen contaminantes podría adaptarse a nuevas aplicaciones tecnológicas para la remoción de compuestos aromáticos en condiciones operativas respetuosas con el medio ambiente.