Nuevos adsorbentes carbonosos a partir del polímero PPTA

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo principal la obtención de nuevas fibras de carbono activadas a partir del polímero poli (p-fenilen tereftalamida) (PPTA), profundizando en el estudio de la degradación térmica del precursor, así como del proceso de activación y evaluar la aplicabilidad de los materiales carbonosos obtenidos en el campo del almacenamiento de energía eléctrica. Se establecieron las etapas del proceso de pirólisis del PPTA así como la influencia sobre las mismas de tratamientos isotérmicos a temperaturas inferiores a la de descomposición del polímero. La introducción de una etapa isotérmica durante la pirólisis del PPTA modifica el mecanismo de degradación del polímero aumentando la formación de aril nitrilos como compuestos intermedios. Ello favorece las reacciones de entrecruzamiento que tienen lugar al incrementar la temperatura, obteniéndose un carbonizado con mayor rendimiento, contenido en nitrógeno más elevado y morfología superficial más homogénea e isótropa que en ausencia de la etapa isotérmica. Se prepararon varias series de fibras de carbono activadas empleando la activación física con dióxido de carbono y la activación química con ácido fosfórico, así como una combinación de ambos métodos., obteniéndose materiales con superficies específicas comprendidas entre 1000 y 1700 m2/g. Las condiciones de pirólisis (con o sin etapa isotérmica, o en presencia de pequeñas cantidades de ácido fosfórico) influyen de una manera determinante en las propiedades de las fibras de carbono activadas físicamente. Por otro lado, la activación química con ácido fosfórico, además de aumentar el rendimiento del proceso global de activación, permite un cierto control de las propiedades texturales y químicas superficiales gracias a la combinación de la cantidad de agente químico y de la temperatura de activación, proporcionando fibras de carbono activadas con áreas superficiales elevadas y con una elevada cantidad de grupos superficiales (conteniendo nitrógeno, oxígeno y fósforo). Se prepararon así mismo distintos carbonizados de PPTA tras la pirólisis del precursor con o sin etapa isotérmica intermedia o pre-impregnando con una pequeña cantidad de ácido fosfórico, a fin de ensayarlos como material activo de los ánodos en baterías recargables de ión-litio. El comportamiento mostrado por estos materiales es el típico de los materiales carbonosos desordenados, con capacidades de carga relativamente elevadas y bajas eficiencias tras el primer ciclo de carga/descarga.