Efecto de la curvatura y composición química superficial de sílices SBA-15 en el comportamiento de la entalpía isostérica de adsorción - Pérez Hermosillo, Isaac Jhonnatan (Universidad Autónoma Metropolitana, 2019)
En la adsorción de gases sobre sólidos el termino calor isostérico de adsorción ha sido empleado erróneamente para nombrar a la entalpía isostérica de adsorción, este error conceptual minimiza su carácter de función de estado. Esta función de estado permite obtener un valor de la energía de interacción entre un gas y un sólido, de esta manera, se ha convertido en una medida necesaria para determinar la afinidad de gases sobre sólidos. Los valores de la entalpía isostérica de adsorción para una gran cantidad de sistemas de adsorción sólido-gas han sido determinados y es posible consultarlos en la literatura. De esta manera, los análisis de estos resultados han permitido reconocer la importancia que tienen en la adsorción de gases las propiedades del sólido como lo son: el tamaño de los poros y la composición química superficial del sólido. Sin embargo, determinar de manera experimental el efecto que tienen por separado estas propiedades sobre la adsorción de gases es todavía un reto. El avance en la ciencia de los materiales, en la última década del siglo XX, ha permitido estudiar con mayor detalle el fenómeno de adsorción. De tal manera, que se han reportado diversos materiales a los cuales se les puede controlar el tamaño de poro, sólidos conocidos como materiales mesoporosos ordenados (MMO). Uno de los MMO más estudiado es el Santa Barbara Amorphous15, mejor conocido como SBA-15, el cual presenta poros cilíndricos arreglados de manera hexagonal, parecidos a los panales de abejas. Este material está constituido por sílice amorfa, por lo que presenta en su superficie grupos siloxano o silanol. Con la finalidad de determinar los efectos del tamaño de poro (curvatura) y composición química superficial sobre la entalpía isostérica de adsorción, en este trabajo se sintetizaron una serie de materiales SBA-15, a los cuales se les controló: (i) el tamaño de poro, para lo cual se emplearon calcinaciones a diferentes temperaturas, y (ii) la concentración superficial de los grupos silanol, mediante procesos hidrotérmicos. Sobre esta serie de materiales se analizó el comportamiento de la entalpía isostérica de adsorción de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4). El análisis de los resultados permitió concluir que en los sistemas SBA-15/CH4 la entalpía isostérica de adsorción presenta un valor constante, independientemente de las características del material SBA-15. Por otra parte, en los sistemas SBA-15/CO2 un aumento de la concentración de grupos silanol en el material SBA-15 genera un incremento de la entalpía isostérica de adsorción; mientras que un incremento del tamaño de poro también genera un aumento. Estos resultados indican que la curvatura, en la escala de los mesosporos, controla las interacciones entre grupos silanol superficiales. De esta manera, a mayor curvatura (menor diámetro de poro) se presentan más interacción entre grupos silanol vecinos y menor es la entalpia isostérica de adsorción de CO2; mientras que a menor curvatura (mayor diámetro de poro) se favorece la entalpia isostérica de adsorción de CO2.