Separación y concentración de O2 a partir de aire mediante operaciones combinadas de adsorción-desorción empleando MOFs de Mg y Cu

Proyecto: Investigación

Detalles del proyecto

Descripción

Dada la coyuntura actual, se hace indispensable para los sistemas de salud pública, contar con oxígeno en las cantidades y calidades requeridas (pureza superior al 93%). Escenario que motiva nuevas alternativas para mitigar el desabastecimiento de este gas. Actualmente, el proceso de separación de oxigeno del aire, supone el uso de condiciones de operación que acarrean grandes costos, puesto que se requiere del uso de grandes equipos operando a temperaturas muy bajas(-16 0 ͦC) y presiones muy altas(50 Bares). La tecnología de membranas permite concentrar oxígeno pero disminuye desde 50% cuando se produce flujos sobre 1000 m3N/h, siendo mucho menor a mayores flujos, las tecnologías de adsorción para este mismo rango disminuye desde 95% manteniendo constante hasta un flujo de 100 por encima del cual baja considerablemnte la pureza. Las plantas criogénicas permiten producir oxígeno muy puro sobre todo a flujos de producción sobre 100 hasta 10000 m3N/h. Por tanto nuevos materiales como los MOFs pueden mejorar la obtención de un oxígeno puro sin recurrir a instalaciones muy complejas y de gran inversión.
Las estructuras Metal Orgánicas, Metal Organic Frameworks MOFs, constituyen hoy en día un amplio renglón en la esfera de nuevos materiales con vocación para remediación ambiental. En los últimos años, los MOFs, han sido el foco de diversas investigaciones debido a sus propiedades particulares como alta cristalinidad, lo que los convierte en materiales potenciales para usos como adsorción y separación de gases [1], biomedicina [2], fotónica [3], catálisis. [4], entre otros. Por otra parte, dada la particularidad de los reportes en cuánto al área superficial de los MOFs, que supera por mucho la de materiales convencionales, este tipo de redes Metal Orgánicas se perfilan como alternativa para la captación selectiva de oxígeno, aunque es una alternativa aún en desarrollo y se podría catalogar aún como en sus fases iniciales de exploración. [5]
Siendo así, durante el desarrollo de esta la investigación se abordará el reto de la síntesis de MOFs que tengan reportes de buen área superficial como las familias MOF-101 MOF-74, con centros de Cobre y Magnesio respectivamente, cuyos reportes en la literatura muestran áreas medias de 4900 m2*g-1 y 1500 m2*g-1, con la particularidad de que en los procesos de síntesis se añadirán, nanopartículas magnéticas como el cobalto para que en procesos posteriores de captación y concentración de Oxígeno, sea viable la separación. [6]. De este modo, en este proyecto se desea encontrar una relación adecuada con miras a una aplicación con potencial para escalamiento, entre el uso de un MOF con potencial para la captación de O2 del aire, y su posterior concentración. Este último proceso, requerirá de etapas que aprovechen las propiedades de los nanomateriales de Co, añadidos al proceso de síntesis, dadas sus propiedades electromagnéticas, promoviendo la liberación efectiva del O2 gaseoso de la superficie del MOF [6].
El establecimiento de las cantidades que se requiera para una aplicación a escala se definirá en otra etapa como dimensiones por ejemplo de un dispositivo de uso personal.
La literatura reporta la existencia de otros MOFs como COF-300, MIL -88C, HKUST-1 y muy cercano a estos por su capacidad de adsorción de O2, sin embargo, la elección de la familia de MOF-74 (Mg), se ha realizado con base en su capacidad de almacenamiento a presiones en torno de 140 Bar [7]. Por otra parte, este trabajo de investigación busca aprovechar el camino recorrido en investigaciones que le preceden y que han sido desarrolladas dentro de la Universidad de Lima, en los que se ha podido predefinir una ruta para síntesis via electroquímica, además de la identificación de los ligantes, sales en el medio adecuado y la ruta de caracterización apropiada de los MOFs, a base Mg o Cu a trabajar.
Título cortoSep.O2.aire con MOF(Mg y Cu). Adsorción-desorción y concentrarlo
Sigla-O2airexAds-desxMOF(Mg,Cu)+O2
EstadoActivo
Fecha de inicio / finalización efectiva1/04/2131/03/22

Palabras clave

  • Adsorción
  • desorción
  • MOFs
  • oxígeno medicinal
  • modelamiento matemático