Procesamiento y caracterización de hollín de carbono, para su utilización como material funcional en sistemas de termoconversión solar

Abstract

The processing and characterization of carbon soot, commercial (Soot Carbon Fullerene) and forest biomass, is presented to identify its functional properties and apply it as a coating in solar thermal technologies. The material identified with the best functional properties is intended to be of low environmental impact, and low cost. The development of the coatings is shown in four phases: (a) the collection and processing of the material by means of low and high energy mechanical grinding (b) the characterization of the functional material of the material (soot), by means of ray diffraction techniques, scanning and transmission electron microscopy, X-ray photoelectron electron spectroscopy (XPS), raman and infrared spectroscopy, (c) evaluation of the coating: by optical characterization, evaluating solar absorption; thermal evaluation, through thermogravimetric tests to determine the maximum operating temperature of the coating, and flash laser analysis to determine thermal conductivity; in addition, analysis of surface morphology through atomic force microscopy and scanning electron microscopy, and (d) the evaluation of the coating in three solar thermal technologies, evaluating the thermal parameters of these technologies. The resulting solar absorbent coating is made from a binder consisting of grapefruit peel essential oil and expanded polystyrene, both obtained from waste materials; it also has soot (variant, in some cases of forest biomass and in others commercial), the latter as a photothermal functional material; The result of this combination is a paint that can be applied on metallic substrates, to form absorbent surfaces of solar energy. The results show that the coating developed with both types of soot can be used in solar thermal technologies with more than 250 ° C of operation; it also has a high solar absorption greater than 94%.

Se presenta el procesamiento y caracterización de hollín de carbono, comercial (Soot Carbon Fullerene) y de biomasa forestal, para identificar sus propiedades funcionales, y aplicarlo como recubrimiento en tecnologías solares térmicas. Se pretende que el material identificado con mejores propiedades funcionales sea de bajo impacto ambiental, y bajo costo. El desarrollo de los recubrimientos se muestra en cuatro fases: (a) la recolección y procesamiento del material mediante molienda mecánica de baja y alta energía (b) la caracterización del material funcional del material (hollín), mediante técnicas de difracción de rayos x, microscopía electrónica de barrido y transmisión, espectroscopía de electrones foto emitidos por rayos-X (XPS), espectroscopía raman e infrarrojo, (c) evaluación del recubrimiento: mediante la caracterización óptica, evaluando la absortancia solar; evaluación térmica, a través de pruebas termo-gravimétricas para determinar la temperatura máxima de operación del recubrimiento, y análisis láser flash para determinar la conductividad térmica; además, análisis de la morfología de la superficie a través de microscopía de fuerza atómica y microscopía electrónica de barrido, y (d) la evaluación del recubrimiento en tres tecnologías termosolares, evaluando los parámetros térmicos de estas tecnologías. El recubrimiento absorbente solar resultante, está elaborado a partir de un aglutinante formado por aceite esencial de cáscara de toronja y poliestireno expandido, ambos obtenidos de materiales de desecho; posee también hollín (variante, en algunos casos de biomasa forestal y en otros comercial), éste último como material funcional fototérmico; el resultado de esta combinación es una pintura que se aplicó en sustratos metálicos, para formar superficies absorbentes de energía solar. Los resultados, muestran que el recubrimiento desarrollado con ambos tipos de hollín puede ser utilizado en tecnologías termosolares de más de 250 °C de operación; posee también una alta absortancia solar mayor al 94 %