Desarrollo y aplicaciones de materiales avanzados de carbón

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Índice Prólogo 11 CAPÍTULO I 17 Carbones Activados 17 1. El carbón activado 18 2. Estructura, principales características y tipos 20 2.1. Carbono: hibridación y estructuras 20 2.2. Estructura del carbón activado 21 2.3. Características 25 2.4. Tipos de carbón activado 26 3. Precursores 28 4. Preparación de los carbones activados 31 4.1. Activación física 31 4.2. Activación química 34 4.3. Influencia del precursor y la activación física 36 4.4. Influencia del precursor y la activación química 41 4.5. Comparación entre actividad física y química 45 5. Aspecto de los carbones activados 46 6. Costes 48 7. Manejo y seguridad 50 8. Perspectivas 50 9. Referencias 52 CAPÍTULO II 61 Tamices moleculares de Carbón 61 1. Introducción 63 2. Mecanismos de separación 64 2.1. Difusión Molecular 65 2.2. Difusión de Knudsen 65 2.3. Difusión superficial 65 2.4. Difusión activada 66 3. Tamices moleculares de carbón 67 4. Caracterización de tamices moleculares de carbón 71 4.1. Caracterización mediante isotermas de adsorción de gases 71 4.2. Caracterización mediante cinética de adsorción 75 5. Síntesis 76 5.1. Modificación de la porosidad por CVD (descomposición de hidrocarburos) 77 5.1.1. Descomposición de metano (de la Casa-Lillo, 2002)78 5.1.2. Descomposición de breas (Lozano-Castelló 2005) 83 5.2. Modificación por tratamiento térmico (de la Casa-Lillo, 1999) 86 5.3. Carbonización de un precursor carbonoso 87 5.3.1. Pirólisis de un precursor carbonoso: Fibras de carbón de uso general como tamices moleculares de carbón (de la Casa-Lillo, 1998) 89 6. Aplicación en la separación de gases 94 6.1. Separación de aire 97 7. Conclusiones 100 8. Bibliografía 101 CAPÍTULO III 109 Grafito y grafeno 109 1. Introducción 111 2. Materiales de carbono 112 3. El grafito 117 3.1. Tipos de grafito 118 3.2. Propiedades del grafito 119 3.3. Aplicaciones tradicionales del grafito 121 4. El grafeno 122 4.1. Propiedades del grafeno 123 4.2. Síntesis del grafeno 124 4.3. Aplicaciones y perspectivas de futuro 131 Referencias 134 CAPÍTULO IV 139 Nanotubos de Carbono: Estructura, Propiedades y Química 139 1. Introducción 141 2. Estructura 141 3. Propiedades 143 3.1. Propiedades Mecánicas 143 3.2. Propiedades Eléctricas y Térmicas 144 4. Producción de Nanotubos 146 4.2. Producción mediante ablación láser 150 4.3. Producción Mediante CVD 151 5. Purificación y Tratamientos 155 5.1. Métodos de purificación química 155 5.2. Métodos de purificación física 158 6. Funcionalización 161 6.1. Funcionalización Covalente 162 6.2. Funcionalización no Covalente 165 6.3. Funcionalización con nanopartículas metálicas 166 7. Materiales Compuestos Poliméricos 168 7.1. Preparación de materiales compuestos 169 8. Conclusiones 173 9. Bibliografía 173 CAPÍTULO V 195 Caracterización Textural y Química de Materiales de Carbón 195 1. Introducción 197 2. Origen y tipos de poros 198 3. Caracterización textural 201 3.1. Adsorción física de gases y vapores 201 3.1.1. Ecuación de Brunauer-Emmett-Teller (BET) 207 3.1.2. Ecuación de Dubinin- Radushkevich 208 3.1.3. Método s de Sing 210 3.1.4. Método BJH 211 3.2. Estudio de la macro y mesoporosidad: Porosimetría de mercurio 212 3.3. Medidas de densidad 213 4. Química superficial 214 5. Bibliografía 223 CAPÍTULO VI 229 Aplicaciones de los materiales de carbón en catálisis 229 1. Introducción 231 2. El carbón como catalizador 233 2.1. Reacciones catalizadas por materiales de carbón con implicaciones medioambientales 235 2.1.1. Eliminación de contaminantes gaseosos, SH2, SOx y NOx 235 2.1.2. Oxidación de contaminantes orgánicos en fase líquida 236 2.2. Reacciones catalizadas por materiales de carbón con implicaciones en química fina 239 2.2.1. Deshidrogenación oxidativa de hidrocarburos 239 2.2.2. Catálisis ácida en fase líquida 240 3. El carbón como soporte de catalizadores 242 3.1. Preparación de catalizadores soportados 244 3.1.1. Impregnación 244 3.1.2. Adsorción en disolución 244 3.1.3. Deposición ? precipitación 245 3.1.4. Adsorción / deposición desde la fase vapor 245 3.1.5. Anclaje de compuestos de coordinación 245 3.1.6. Pretratamientos y obtención de la fase activa 246 3.2. Catalizadores Metal/Carbón usados en reacciones con implicaciones energéticas 247 3.2.1. Reacciones de hidrogenación para obtención de hidrocarburos 247 3.2.2. Reacciones de isomerización de hidrocarburos 247 3.2.3. Gasificación y licuefacción del carbón 248 3.3. Catalizadores Metal/Carbón usados en reacciones con implicaciones medioambientales 249 3.3.1. Eliminación de contaminantes gaseosos, COVs y NOx 249 3.3.2. Eliminación de contaminantes orgánicos en fase líquida 251 3.4. Catalizadores Metal/Carbón usados en reacciones con implicaciones en química fina 256 4. Desactivación de catalizadores 258 5. Conclusiones y perspectivas futuras 260 6. Referencias 262 CAPÍTULO VII 273 Participación del Carbón Activado en procesos de eliminación de fármacos presentes en las aguas 273 1. Contaminación del agua 275 2. Detección de fármacos en las aguas 277 3. Sistemas de tratamiento de las aguas 281 3.1. Sistemas de tratamiento primario 282 3.2. Sistemas de tratamiento secundario 283 3.3. Sistemas de tratamiento terciario 283 3.3.1. Adsorción sobre carbón activado 285 3.3.2. Participación del carbón activado en procesos de oxidación avanzada 295 3.3.2.1. Procesos avanzados de oxidación basados en el uso simultáneo de ozono y carbón activado 296 3.3.2.2. Procesos avanzados de oxidación basados en radiación UV y carbón activado 305 3.3.2.3. Procesos avanzados de oxidación/reducción basados en la utilización de radiación gamma y carbón activado 313 4. Conclusiones 318 Agradecimientos 319 Bibliografía 319 CAPÍTULO VIII 325 Almacenamiento de Energía Eléctrica en Materiales Carbonosos 325 1. Introducción 327 2. Formas de Almacenamiento de Energía 327 2.1. Procesos farádicos y electrostáticos 327 2.2. Baterías y pilas de combustible 328 2.3. Condensadores 333 3. Supercondensadores 334 3.1. Modelos de la doble capa eléctrica 336 3.2. Características de los supercondensadores 340 3.2.1. Energía almacenada 340 3.2.2. Resistencia equivalente en serie 341 3.2.3. Voltaje 342 3.2.4. Capacidad 342 3.2.4.1. Determinación de la capacidad 343 3.2.5. Tipos de configuraciones del condensador 347 3.2.5.1. Condensador asimétrico 347 3.2.5.2. Condensador híbrido 348 4. Contribución a la capacidad de la doble capa eléctrica: porosidad y área superficial 349 5. Contribución de la química superficial 352 5.1. Grupos funcionales oxigenados 352 5.2. Grupos funcionales nitrogenados 353 6. Supercondensadores híbridos asimétricos 355 6.1. Optimización de un condensador híbrido asimétrico 356 6.2. Estudio de un condensador híbrido asimétrico 356 7. Conclusiones 361 8. Agradecimientos 363 9. Referencias 363 CAPÍTULO IX 369 Modificación de nanoformas de carbono mediante métodos no convencionales. Aplicaciones en nanomedicina 369 1. Nanoestructuras de carbono 371 1.1. Formas alotrópicas del carbono 372 2. Funcionalización de nanoestructuras de carbono 376 2.1. Funcionalización no covalente 377 2.2. Funcionalización covalente 379 2.2.1. Adición radicálica 380 2.2.2. Cicloadición 1,3-dipolar 380 3. La radiación microondas 381 3.1. Efecto de la radiación microondas sobre nanoestructuras de carbono 383 3.2. Purificación y modificación de nanoestructuras de carbono 385 3.3. Funcionalización covalente de nanoestructuras de carbono mediante radiación microondas 388 4. Mecanoquímica 392 4.1. Procesos mecanoquímicos en nanomateriales de carbono 393 CAPÍTULO X 399 Materiales compuestos basados en fibras de Carbono 399 Aplicaciones Aeronáuticas 399 1. Introducción 401 2. Materiales compuestos 404 3. Defectología 418 4. Procesos 419 5. Innovación industrial 425

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