OBTENCIÓN DE GRAFENO A PARTIR DE LA CASCARILLA DE ARROZ SÍNTESIS DE MATERIALES PA O I I 2 0 2 0 Mónica Chávez, Ing. AGENDA ANTECEDENTES OBJETIVO REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ME TODOLO GÍA R E S U LTA D O S 2 ANTECEDENTES EL ARROZ EN EL ECUADOR El arroz es uno de los principales productos de cultivos transitorios en Ecuador debido a la gran extensión de sembríos que abarca, además, se considera como uno de los alimentos básicos dentro de la dieta diaria , en los últimos doce años, la cosecha del arroz en cáscara anual se situó entre 1.3 a 1.5 millones de toneladas. De forma paralela, en esta actividad se obtienen subproductos como la cascarilla, esta representa el 20% del total de producción de arroz, es decir, 1 tonelada de cascarilla por cada 5 toneladas de arroz procesado. 3 La gran cuantía de este subproducto genera un conflicto en el momento de su eliminación. El 65% de la cascarilla es eliminada sin las prácticas ambientales pertinentes, mientras que, el 35% restante es empleada en la industria florícola y criaderos de animales. La incineración de la misma provoca una alta emisión de dióxido de carbono. ¿Será posible aprovecharla con el fin de Obtener materiales que ayuden al desarrollo de nuevos materiales? 4 Obtención de un nanomaterial a partir de un residuo agrícola que al no ser correctamente utilizado provoca problemas ambientales. • Fuente potencial de grafeno de alta calidad. • reducción de la polución del medio ambiente • cascarilla accesible y de bajo costo 5 OBJETIVO 6 Analizar mediante la comparación de los resultados de la caracterización del material sintetizado con los referidos en la literatura para establecer conclusiones sobre la obtención de grafeno a partir de la cascarilla de arroz. CASCARILLA DE ARROZ ¿QUÉ ES? 8 Tejido vegetal amarillento de estructura ondulada convexa y superficie irregular que reviste al grano de arroz. Se obtiene como subproducto del proceso de industrialización durante la fase de molienda al separarse de los granos. • Compostaje incorporándolo al suelo como abono • Alimento de baja calidad para animales • Material absorbente para remediación ambiental • Material de construcción 9 Cenizas de cascarilla de arroz Es el residuo sólido obtenido luego del proceso de combustión de la CA. Sus propiedades y composición química dependen de las características del lugar de procedencia, tratamiento químico previo, y condiciones de incineración. • Las CCA amorfas son utilizadas como aditivo para la producción de concreto. • Las CCA cristalinas se incluyen en aleaciones de acero, aislantes térmicos, ladrillos refractarios y producción de cerámica. 10 GRAFENO ¿QUÉ ES? 11 Define al grafeno como una capa densa bidimensional [2D], de átomos de carbono con hibridación sp2. Los átomos de carbono están unidos covalentemente en una estructura semejante a un panal de abejas (por su configuración atómica hexagonal). Al ser el grafeno una superficie plana, sirve de origen para la obtención de diversas formas grafíticas. - Fulerenos (hojas de grafeno esféricas), - Nanotubos de carbono (hojas de grafeno enrolladas) - Grafito (hojas de grafeno apiladas, unidas por fuertes fuerzas de Van del Waal’s) 12 • Es el material más conductivo del mundo • Es 200 veces más fuerte que el acero 13 SÍNTESIS DE CCA MEDIANTE ACTIVACIÓN QUÍMICA Lavado de CA Limpieza de CS Calcinación Activación Química 14 ETAPA 1: LAVADO DE CASCARILLA DE ARROZ Pre-lavado y secado a 60°C Pesa en cantidades pequeñas (100 gramos) Se vierten 2 litros de agua destilada (triplicado) Eliminación de exceso de agua y se seca a 60°C durante 24 horas. 15 ETAPA 2: CALCINACIÓN 20 gramos de CA a 120°C, 30 minutos Incremento de temperatura a 600°C, 1 hora 16 ETAPA 3: ACTIVACIÓN QUÍMICA 4 gramos de KOH/1 gramo de CCA, molienda al menos 5 minutos. Se realiza el sistema de crisoles, carbón en polvo, lana cerámica para ser llevado a la mufla a 850°C, 2 horas, rampa de calentamiento de 12°C/min. 17 ETAPA 4: LIMPIEZA DE GRAFENO Se extrae el crisol, se limpia con agua destilada. Extrae el sobrenadante y se mantiene la parte decantada Lavado y filtrado por medio de un sistema al vacío, pH 6 Secado a 100°C, 24 horas 18 ES QU E M A SÍN T ESI S D E G R AF E NO A PA RTI R D E C ASC A RI L LA D E A RROZ 19 CARAC TERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS 20 A N Á L I S I S T E R M O G R AV I M É T R I C O ( T G A ) TGA → cambio de masa de una sustancia en función de la temperatura. Análisis composicional de un compuesto orgánico, ASTM E 1131 • Parámetros de ensayo • Rampa de calentamiento: 10°C/min • Rango de temperatura: temperatura ambiente a 1000°C pérdida de humedad se da hasta 110°C y los volátiles hasta 900°C • contenido de carbono • El residuo luego de los 900°C 21 RESULTADOS C A R A C T E R I Z A C Í Ó N 22 TGA - CA 23 TGA - CCA 24 FT-IR - CCA 25 SEM - CCA 26 XRD - CCA 27 17 EXPERIMENTACIONES 1. Crisoles del mismo tamaño unidos por su abertura 2. Uso de tapas 3. Colocación de un crisol pequeño dentro de uno grande 4. Combinación de uno y tres (sistemas de crisoles en uno de mayor tamaño). 28 29 30 31 32 R E S U LTA D O S O B T E N I D O S D U R A N T E L A S E X P E R I M E N TA C I O N E S 33 SEM – CENIZA SINTETIZADA 34 FT-IR – CENIZA SINTETIZADA 35 TGA – CENIZA SINTETIZADA 36 EN BASE A LOS RESULTADOS, ¿ES POSSIBLE ASEGURAR QUE SE TIENE GRAFENO?
