Obtención de nanomateriales de carbono a partir de dos precursores ecológicos por el método CVD, aplicando principios de química verde

Abstract

Carbon properties can change notably when they are reduced to nanometric particles; from technological point of view, the nanomaterial’s potential applications include many usages. The wide application field of carbon nanomaterials leads to research through different approaches, to go forward in the development of more and best nanomaterials, through environmental friendly process. In this research ethanol and butanol were evaluated as ecological precursors due to their low environmental impact. The proposed Chemical Vapor Deposition (CVD) method process is according to principles of green chemistry and is efficient, safe, low cost and industrially scalable. Flow, temperature and reaction time are process variables. The obtained samples were evaluated through different characterization techniques. Tubular morphologies were observed by Scanning Electronic Microscopy (SEM). Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) determined the chemical composition with carbon as principal component. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) shown the functional groups. X-Ray Diffraction (XRD) demonstrate a crystallinity degree on the carbon nanostructures and Raman Spectroscopy identify characteristic bands of carbon nanotubes. Supported on the characterization analysis results it can be conclude the presence of Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNTs) in the obtained materials. Using the green chemistry principles, ethanol and butanol as carbon source and commercial steel as catalyst in the synthesis of carbon nanostructures resulted in an economic and sustainable synthesis process.

Las propiedades del carbono pueden cambiar notablemente cuando su tamaño se reduce a escala nanométrica, desde el punto de vista tecnológico, las aplicaciones potenciales de los nanomateriales incluyen diversos usos. Debido a la diversidad de aplicaciones de los nanomateriales de carbono (CNMs) existe la motivación a través de distintos enfoques para avanzar en el desarrollo de más y mejores materiales, pero ahora mediante procesos verdes. En el presente proyecto se evaluó al etanol y butanol por su bajo impacto ambiental como precursores ecológicos en la síntesis de nanomateriales de carbono; aplicando principios de química verde y empleando un método que es de fácil acceso, seguro, económico y que se puede escalar a nivel industrial como lo es la Deposición Química de Vapor (CVD). Como variables de proceso se seleccionaron el flujo, la temperatura y el tiempo de síntesis. Los nanomateriales obtenidos en la investigación se evaluaron mediante distintas técnicas de caracterización. A través de la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) se observó un tipo de morfología tubular. A través de Espectroscopia de Energía Dispersa (EDS) se obtuvo la composición química, siendo el carbono el principal componente. La Espectroscopia Infrarroja de Transformada de Fourier (FTIR) se utilizó para puntualizar los grupos funcionales presentes. La Difracción de Rayos X (XRD) mostró la cristalinidad de los nanomateriales obtenidos y la espectroscopia Raman identificó bandas características que corresponden a nanotubos de carbono. Con base en el análisis de los resultados de caracterización se encontró que las nanoestructuras que predominan en todas las muestras son nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs). El uso de los principios de química verde, etanol y butanol como precursores y un acero comercial como catalizador en la síntesis de nanoestructuras carbono, resultó en un proceso de síntesis económico y sustentable.