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Laboratorio de Catálisis y Materiales

 

El desarrollo tecnológico y la innovación están entre los principales objetivos de nuestro grupo de investigación, siempre encaminados al desarrollo de procesos industriales compatibles con el medio ambiente en el ámbito de la Industria Química. El grupo de investigación ha desarrollado, durante estos años, investigaciones en el campo de la eliminación de contaminantes gaseosos; en procesos de oxidación total o parcial de hidrocarburos, para dar lugar a productos de mayor valor añadido; y reformado de hidrocarburos y alcoholes para la producción de hidrógeno, tanto por vía catalítica convencional como a través de fenómenos de promoción electroquímica de la catálisis o electrocatálisis. Asimismo, durante estos años, ha desarrollado técnicas de síntesis de nuevos materiales, especialmente los basados en nanoestructuras de carbono y carbono-nitrógeno (nanofibras, nanotubos, nanoesferas y grafeno) usadas como catalizadores en procesos de química fina y como mejoradores de propiedades térmicas, en sistemas de almacenamiento y liberación de energía, y de propiedades mecánicas. El grupo ha iniciado también durante estos años una línea de valorización de biomasa vegetal y animal (tanto terrestre como marina) mediante procesos de pirólisis, combustión y gasificación a presión atmosférica y alta presión a temperaturas inferiores a 1600 ºC. También, el grupo ha trabajado en el desarrollo de materiales encapsulados, donde almacenar materiales de cambio de fase o localizar catalizadores, aerogeles poliméricos compuestos con nanoestructuras de carbono y en la formulación de composites poliméricos diversos (especialmente resinas) con estos nanomateriales. Finalmente, es importante destacar que el grupo ha desarrollado software propio y usado otro comercial (HYSYS, ASPEN, PROMAX, VMGSim) para simular el comportamiento de procesos catalíticos y su desactivación y simular, diseñar y verificar procesos químicos muy diversos.

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE AEROGELES POLIMÉRICOS DOPADOS CON MATERIALES NANOCARBONOSOS PARA SU APLICACIÓN INDUSTRIAL

El principal objetivo de esta línea de investigación es el estudio del proceso de síntesis de aerogeles poliméricos dopados con materiales nanocarbonosos utilizando como método para el secado del gel húmedo la liofilización. La producción de aerogeles ha atraído una atención considerable en los últimos años como consecuencia de sus excelentes propiedades físicas y químicas destacando su elevada área superficial y gran porosidad. Los aerogeles sintetizados en la presente línea de investigación tienen aplicaciones en la construcción actuando como aislantes térmicos.

La liofilización posee como principales ventajas frente a otros métodos de secado un aumento en la estabilidad del producto y una disminución de la pérdida de sustancias volátiles. Además, el producto final tiene elevada porosidad y con un contenido de humedad inferior al 5% en peso. Al emplear vacío, no hay problemas de oxidación que sí habría al utilizar otros métodos de secado del gel húmedo. En la Figura 1 se muestra el esquema del proceso de liofilización.

Etapas de liofilización

Personal Investigador: Carolina Simón Herrero, María Luz Sánchez Silva, Amaya Romero Izquierdo, José Luis Valverde Palomino.

Publicaciones:

1. Tailor-made aerogels based on carbon nanofibers by freeze-drying. L. Sánchez-Silva, S. Víctor-Román, A. Romero, I. Gracia, J. L Valverde. Science of advanced materials, 2014, Vol. 6 (4), p. 665-673.
2. CNF-reinforced polymer aerogels: Influence of the synthesis variables and economic evaluation. S. Víctor-Román, C. Simón-Herrero, A. Romero, I. Gracia, J.L. Valverde, L. Sánchez-Silva. Chemical Engineering Journal, 2015, Vol. 262, p. 691-701.

SÍNTESIS DE GRAFENO MEDIANTE EL MÉTODO DE DEPOSICIÓN QUÍMICA EN FASE VAPOR

El objetivo principal de esta línea de investigación es optimizar la síntesis de grafeno mediante el método CVD usando diferentes metales como catalizadores, como por ejemplo, cobre, níquel o hierro.

Para la síntesis de grafeno se pueden diferenciar entre los métodos Bottom-up, en los que a partir de una fuente carbonosa gaseosa se sintetiza grafeno, o los métodos Top Down, en los que usando grafito como material de partida se obtiene grafeno. Dentro de los métodos Bottom-up cabe destacar la Deposición Química en fase Vapor (CVD) por ser el método más adecuado para sintetizar grandes superficies de grafeno de alta calidad. Para llevar a cabo este objetivo se utiliza una instalación experimental formada por un reactor de cuarzo de 40 pulgadas, el cual está insertado en un horno. Las muestras se sintetizan a presión atmosférica a altas temperaturas. Para llevar a cabo la optimización de la síntesis de grafeno mediante el método CVD se estudiarán las variables de operación que influyen en dicha síntesis.

Procedimiento experimental para la síntesis de grafeno por el método CVD

 

Personal Investigador: Mª del Prado Lavín López, María Luz Sánchez Silva, Amaya Romero Izquierdo, José Luis Valverde Palomino.

Publicaciones:

  1. Synthesis and characterization of graphene: Influence of synthesis variables. M.P. Lavin-Lopez, et al. Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, Vol. 16(7), p. 2962-2970.
  2. Novel etchings to transfer CVD-grown graphene from copper to arbitrary substrates. M.P. Lavin-Lopez, et al. Chemical Physics Letters, 2014, Vol 614(0), p. 89-94.
  3. Thickness control of graphene deposited over polycrystalline nickel. M.P. Lavin-Lopez, et al., New Journal of Chemistry, 2015.
  4. Solvent-based exfoliation via sonication of graphitic materials for graphene manufacture. P. Lavin-Lopez,  J.L Valverde, L. Sanchez-Silva, A. Romero. Industrials&Engineering Chemistry Research, 2016, 55, 845-855.
  5. Influence of the total gas flow at different reaction times for CVD-graphene synthesis on polycrystalline nickel. P. Lavin-Lopez,  J.L Valverde, L. Sanchez-Silva, A. Romero. Journal of Nanomaterials, 2016, 2016, Número de artículo 7083284.
  6. Influence of Different Improved Hummers Method Modifications on the Characteristics of Graphite Oxide in Order to Make a More Easily Scalable Method. P. Lavin-Lopez,  J.L Valverde, L. Sanchez-Silva, A. Romero. M.P. Lavin-Lopez,  A. Romero, J. Garrido, L. Sanchez-Silva, J.L. Valverde, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2016. 
VALORIZACIÓN DE BIOMASA A ESCALA LABORATORIO Y PLANTA PILOTO MEDIANTE ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO A PRESIÓN

El objetivo principal de este proyecto es el estudio del aprovechamiento energético de diferentes tipos de biomasas, mediante procesos de conversión termoquímica a escala laboratorio y panta piloto.

Para llevar a cabo este objetivo, se plantea el uso de la técnica experimental de termogravimetría acoplada a un espectrómetro de masas (TGA-MS). Esta técnica permite evaluar la pérdida de peso que sufre la biomasa y los compuestos que se generan durante la conversión termoquímica de la misma con el tiempo. Con esta técnica se pueden establecer métodos cuantitativos para la determinación de parámetros cinéticos, establecimiento de condiciones óptimas de operación e identificación de compuestos nocivos en los gases efluentes. En definitiva, a partir de los datos experimentales se pueden desarrollar modelos que permiten la mejora de los procesos de conversión de biomasa en energía y su integración con otros.

Esquema del proceso de valorización de biomasa.

Personal investigador: María Fernández López, María Luz Sánchez Silva, Paula Sánchez Paredes, Jose Luis Valverde Palomino.

Publicaciones:

1. Temperature influence on the fast pyrolysis of manure samples: char, bio-oil and gases production.M. Fernandez-Lopez, K. Anastasakis, W. De Jong, J. L. Valverde and L. Sanchez-Silva; (E3S Web Of Conferences, ISSN: 2267-1242).

2. Pyrolysis process using a bench scale high pressure thermobalance. M.Puig-Gamero, M.Fernandez-Lopez, P. Sánchez, J.L.Valverde, L.Sanchez-Silva; Fuel Processing Technology, December 2017, Vol. 167, p. 345-354.

3. Simulation of the gasification of animal wastes in a dual gasifier using Aspen Plus®.M. Fernandez-Lopez, J. Pedroche, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Energy Conversion and Management, May 2017, Vol. 140, p. 211-217.

4. Valorization of Mexican biomasses through pyrolysis, combustion and gasification processes. M.M.Parascanu, F.Sandoval-Salas, G.Soreanu, J.L.Valverde, L.Sanchez-Silva; Renewable and Sustainable Energy Reviews, May 2017, Vol. 71, p. 509-522.

5. Kinetic analysis of manure pyrolysis and combustion processes. M. Fernandez-Lopez, G.J. Pedrosa-Castro, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Waste Management, December 2016, Vol. 58, p. 230-240.

6. Energetic, economic and environmental assessment of the pyrolysis and combustion of microalgae and their oils. D.López-González, M.Puig-Gamero, F.G.Acién, F.García-Cuadra, J.L.Valverde, L.Sanchez-Silva; Renewable and Sustainable Energy Reviews, November 2015, Vol. 51, p. 1752-1770.

7. Kinetic analysis and thermal characterization of the microalgae combustion proccess by thermal analysis coupled to mass spectrometryD. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Applied Energy Vol. 114, February 2014, p. 227-237.

ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA (LCA)

El análisis de ciclo de vida es un conjunto de etapas asociadas a un producto, desde la extracción y el procesamiento de las materias primas, la producción, la comercialización, el transporte, el uso y el mantenimiento, hasta la gestión final cuando llega a su fin de vida útil. Se utilizó el software comercial SimaPro que es una herramienta profesional para evaluar los impactos ambientales de productos, procesos y servicios en todo su ciclo de vida. Con este software se llevan a cabo estudios de análisis del ciclo de vida que incluye: ecodiseño de productos, declaraciones ambientales de producto (etiquetas tipo III), cálculo de la huella ecológica, etc.

Publications:

1. Life cycle assessment of olive pomace valorisation through pyrolysis. M.M.ParascanuM.PuigGameroP.SánchezG.SoreanuJ.L.ValverdeL.Sanchez-Silva. Renewable Energy. Aceptated and Available online 7 February 2018

1.- Nanocomposite for building constructions and civil infraestructures: European network pilot production line to promote industrial application cases.

  • H2020-NMP-PILOTS-2014. 646397 – NANOLEAP
  • Enero 2015-Junio 2018
  • 9 MM €

2.- Procesos electrocatalíticos para la transformación de bioetanol en productos de mayor valor.

  • Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad del Ministerio de Economía y Competitividad CTQ2016-75491-R
  • Enero de 2017-Diciembre de 2019
  • 197 M €

3.- Optimización de la síntesis y formulación y caracterización de nuevos materiales basados en derivados del grafeno.

  • Contrato de investigación UCTR160177
  • Abril 2016-Abril 2018
  • 8 M €

4.- Desarrollo y caracterización de composites formulados con nanomateriales de carbono e inorgánicos.

  • Contrato de investigación UCTR60278
  • Julio 2016-Junio 2017
  • 40 M €

 

  • José Luis Valverde Palomino. Catedrático de Ingeniería Química.
  • Paula Sánchez Paredes. Catedrática de Ingeniería Química
  • Amaya Romero Izquierdo. Profesor titular de Ingeniería Química.
  • Mª Luz Sánchez Silva. Profesor titular de Ingeniería Química
  • María Fernández López. Doctora en Ingeniera Química.
  • Carolina Simón Herrero. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.
  • Maria Puig Gamero. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.
  • Maria Magdalena Parascanu. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.
  • Antonio Patón Carrero. Ingeniera Química. Alumno de Doctorado.