Desarrollo de nanomateriales basados en sílice, obtenida a partir de cáscaras de arroz, para la captura y utilización de dióxido de carbono

Abstract

Esta Tesis se basó en el desarrollo de tres temas principales interrelacionados: la valorización de la cáscara de arroz y sus cenizas, y su aplicación en la preparación de silicatos de litio para la captura de CO2 a alta temperatura y en la síntesis de catalizadores de níquel para el reformado de metano. La obtención de sílice de alta pureza a partir de los residuos de la industria arrocera se realizó exitosamente mediante dos protocolos. Tratamientos de lavado con un posterior quemado controlado y extracción con soluciones de NaOH. Se sintetizaron silicatos de litio empleando sílice obtenida de la cáscara de arroz con diferentes relaciones molares Li/ Si y diferentes métodos de preparación. Estos materiales se evaluaron en la captura de CO2 a alta temperatura, variando parámetros como granulometría, dopaje con K, concentración de CO2, tiempo y temperatura de captura. El uso combinado de técnicas de caracterización in-situ, operando y ex-situ permitió identificar tres fases de silicato en los materiales y seguir su transformación durante las etapas de captura y desorción. Se prepararon catalizadores de Ni soportados sobre sílice mesoporosa empleando durante la síntesis un horno de microondas como fuente de calentamiento. Los materiales presentaron buena actividad catalítica en la reacción de reformado seco de metano, con una excelente estabilidad estructural y elevada resistencia a la formación de carbón. Adicionalmente, los mejores catalizadores fueron ensayados en un reactor de membrana, para la producción de hidrógeno de alta pureza a partir de las reacciones de reformado seco y combinado de metano.

This thesis was based on the development of three related topics: the rice husk and its ashes valorization, its application in the lithium silicates synthesis for high-temperature CO2 capture and the nickel catalysts synthesis for methane reforming. Obtaining high purity silica from rice industry waste was successfully carried out using two protocols. Washing treatments with a subsequent controlled burning and extraction with NaOH solutions. Lithium silicates were synthesized using silica obtained from rice husk with different Li/Si molar ratios and different synthesis methods. These materials were evaluated in the CO2 capture at high temperature, modifying parameters such as granulometry, K doping, CO2 concentration, capture time and temperature. The combined use of in-situ, operando and ex-situ characterization techniques allowed us to identify three silicate phases in the materials and to follow their transformation during the capture and desorption stages. Ni catalysts supported on mesoporous silica were prepared using a microwave oven as a heating source during the synthesis stage. The materials showed good catalytic activity in the dry reforming of methane reaction, with excellent structural stability and high resistance to carbon deposition. Additionally, the best catalysts were tested in a membrane reactor for the high purity hydrogen production from the dry and combined methane reforming reactions.