La presente invención tiene por objeto un procedimiento de adsorción de CO{sub,

2} que consiste en hacer pasar un flujo de gas con una concentración determinada de CO{sub,2} a través de un lecho de polvo dispuesto sobre una placa porosa en una cámara de fluidización, comprendiendo el lecho de polvo al menos un polvo seleccionado entre polvos ultrafinos que comprenden partículas primarias con un tamaño típico entre 1 y 100 nm; y simultáneamente someter el lecho de polvo a un tratamiento de agitación en combinación con una campo eléctrico para reducir el efecto de la cohesión entre dichas partículas y desestabilizar la formación de cenales y burbujas.La invención técnica corresponde al área general de la ingeniería química. En particular, tendría aplicación en procesos de filtración de gases. Se propone un procedimiento que puede ser empleado para estimular la adsorción de CO{sub,2} mediante la fluidización asistida de nanopartículas de óxidos metálicos

Procedimiento asistido de adsorción de dióxido de carbono.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de adsorción de CO₂ que consiste en hacer pasar un flujo de gas con una concentración determinada de CO₂ a través de un lecho de polvo dispuesto sobre una placa porosa en una cámara de fluídización, comprendiendo el lecho de polvo al menos un polvo seleccionado entre polvos ultrafinos que comprenden partículas primarias con un tamaño típico entre 1 y 100 nm; y simultáneamente someter el lecho de polvo a un tratamiento de agitación en combinación con una campo eléctrico para reducir el efecto de la cohesión entre dichas partículas y desestabilizar la formación de canales y burbujas.

La invención técnica corresponde al área general de la ingeniería química. En particular, tendría aplicación en procesos de filtración de gases. Se propone un procedimiento que puede ser empleado para estimular la adsorción de CO₂ mediante la fluidización asistida de nanopartículas de óxidos metálicos.

Estado de la técnica

En los últimos años la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera ha presentado un considerable incremento, lo cual contribuye, según expertos sobre el cambio climático, al calentamiento global de nuestro planeta de manera significativa y prácticamente irreversible (Friedlingstein y Solomon 2005). El dióxido de carbono (CO₂) es el gas más importante de efecto invernadero, cuyo incremento en la atmósfera es debido principalmente al creciente uso de combustibles fósiles (Halman y Steinberg 1999). Aunque una solución definitiva a este grave problema se encuentra en la potenciación del uso de fuentes de energía renovables y no emisoras de CO₂, el desarrollo de nuevas tecnologías orientadas a la reducción de emisiones de este gas de efecto invernadero es actualmente una actividad altamente prioritaria. Por tanto, cualquier aportación que pueda suponer una optimización de los procesos de eliminación de emisiones de gases de efecto invernadero puede suponer un relevante avance tecnológico.

Entre las técnicas que en la actualidad se emplean al objeto de reducir la emisión de CO₂ a la atmósfera (Halman y Steinberg 1999) encontramos la adsorción de CO₂ por la superficie de óxidos metálicos (Colombo 1973, Fan y Gupta 2006). Los óxidos de ciertos metales (representados por MO) reaccionan con el CO₂ para formar carbonatos metálicos (MCO₃) de acuerdo con la reacción:

MO+CO₂\rightarrowMCO₃

Esta reacción es reversible a altas temperaturas (calcinación), de manera que estos óxidos metálicos son regenerables. Existen numerosos óxidos metálicos que presentan gran capacidad de adsorción de CO₂ según la reacción descrita, entre los que se encuentran el CaO, ZnO, MgO, MnO₂, NiO, CuO, PbO, Ag₂O, etc. (Colombo 1973). La capacidad de adsorción de estos óxidos metálicos es muy elevada. Por ejemplo, la del CaO puede llegar a ser de 700 g de CO₂ por kg de CaO, que es alrededor de un orden de magnitud superior a la capacidad de adsorción de otros filtros convencionales de uso general como los filtros de carbón activado (Fan y Gupta 2006). Por tanto, el uso de óxidos metálicos para la adsorción de CO₂ representa una ventaja tecnológica considerable. Puesto que el proceso de adsorción tiene lugar a nivel superficial, un parámetro fundamental que regula la efectividad en la práctica del proceso de adsorción de CO₂ es el área específica de contacto entre el gas y el óxido metálico en estado sólido. Ciertos óxidos metálicos adsorbentes que se obtienen a partir de precursores naturales se caracterizan por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores de 2 nanómetros). No obstante, estos microporos son muy susceptibles a ser obstruidos, limitando así la eficacia del proceso de adsorción. Fan y Gupta describen la fabricación de estructuras de CaCO₃ mesoporosas (tamaño de poro entre 5 y 20 nanometros), que pueden ser regeneradas mediante calcinación, dando lugar a una estructura adsorbente de CaO con un área superficial específica considerable de 22 m²/g (Fan y Gupta 2006).

Por otra parte, el desarrollo en los últimos años de técnicas de producción masiva de nanopartículas ha hecho posible el uso de éstas en aplicaciones de filtrado que se ven enormemente favorecidas por el gran área superficial específica de contacto que proporcionan, del orden de 100 m²/g (Espin et al. 2004). Una aplicación de especial relevancia para la presente invención es la adsorción estimulada de CO₂ por nanopartículas de óxidos metálicos (Espin et al. 2004, Bakardjieva et al. 2004, Lu et al. 2005). Hay que tener en cuenta que la mayor reactividad de estas nanopartículas no es únicamente debida al su gran área superficial específica, si no también en gran medida a las particularidades morfológicas y defectos de su superficie (Klabunde et al. 1996, Stark et al. 1996). Por ello, el uso de nanopartículas adsorbentes de CO₂ representa una ventaja añadida.

No obstante, al hacer pasar el gas a través de un lecho de nanopartículas (nanofluidización) el sistema es usualmente heterogéneo (Valverde y Castellanos 2007) debido a la gran fuerza de adhesión de las nanopartículas en comparación con su peso. Esto hace que las nanopartículas se agreguen con gran facilidad. Los agregados de nanopartículas son prácticamente impermeables al flujo de gas y pueden llegar a tener tamaños del orden del milímetro (Jenneson and Gundogdu 2006). Adicionalmente, la marcada agregación de las nanopartículas favorece la formación de canales muy estables y burbujas a través de los cuales el gas fluye preferentemente en lugar de mezclarse homogéneamente con la fase sólida. Así, el área superficial de contacto efectiva entre las nanopartículas de óxido metálico y el gas en nanofluidización es considerablemente menor de lo esperado. En concreto, estos efectos han sido mostrados recientemente por Jenneson and Gundogdu (Jenneson and Gundogdu 2006) mediante visualización in-situ de un lecho fluidizado de nanopartículas de un óxidos metálico (ZnO) usando tomografía de Rayos X. Por tanto, en el proceso de fluidización convencional de nanopartículas no se llega a conseguir una óptima mezcla entre las fases gaseosa y sólida, lo cual compromete seriamente la efectividad de la adsorción de CO₂ en la superficie de las nanopartículas a pesar de su potencialmente elevada reactividad.

Recientemente se han investigado métodos dirigidos a homogenizar la nanofluidización que tienen como objetivo lograr una mayor superficie de contacto efectiva de las nanopartículas con la fase gaseosa. Los métodos que han sido empleados con éxito son hasta el momento la aplicación de vibraciones al lecho fluido, aplicación de pulsos acústicos, centrifugación, aplicación de un campo magnético externo variable que agita bolas magnéticas emplazadas en el interior del lecho de nanopartículas (Pfeffer et al, 2005) y aplicación de un campo eléctrico oscilantes (Espin et al. 2009). Estas técnicas provocan una agitación intensa de los agregados de nanopartículas, ya sea mediante una fuerza mecánica (Pfeffer et al, 2005) o a través de una fuerza eléctrica oscilante (Espin et al. 2009). Principalmente se ha demostrado que dichas técnicas son eficaces en la mejora de la fluidización de nanopartículas de SiO₂ con gases secos. Al disminuir la heterogeneidad de la fluidización se favorece un mayor contacto sólido-gas, lo cual debe contribuir a incrementar la efectividad de cualquier reacción que se produzca en base a dicho contacto. No obstante, aún no se ha explorado la aplicación directa de estos métodos a la fluidización de nanopartículas de óxidos metálicos, que es altamente heterogénea (Jenneson and Gundogdu 2006), ni se ha probado su efecto sobre la adsorción asistida de CO₂ mediante nanofluidización.

Es importante resaltar que trabajos previos han mostrado que la capacidad de adsorción de CO₂ por un óxido metálico se ve notablemente incrementada en un ambiente de alta humedad relativa (Colombo y Mills 1966). Por ello sería deseable que las nanopartículas tengan una naturaleza hidrófila y, además, el gas sea previamente humedecido. Es de esperar entonces que la condensación del...

1. Procedimiento asistido de adsorción de CO₂ caracterizado porque consiste en hacer pasar un flujo de gas con una concentración determinada de CO₂ a través de un lecho de polvo dispuesto sobre una placa porosa en una cámara de fluidización, comprendiendo el lecho de polvo al menos un polvo seleccionado entre polvos ultrafinos que comprenden partículas primarias con un tamaño típico entre 1 y 100 nm; y, simultáneamente someter el lecho de polvo a un tratamiento de agitación en combinación con una campo eléctrico para reducir el efecto de la cohesión entre dichas partículas y desestabilizar la formación de canales y burbujas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas primarias están formadas por óxidos metálicos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el flujo de gas es previamente humidificado con agua.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento de agitación comprende aplicar sobre el lecho de polvo al menos vibración.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el campo eléctrico aplicado es estático, pulsado y/o alterno.