Obtención de carbón tipo grafeno a partir de pirólisis de biomasa y su caracterización eléctrica

Abstract

El desarrollo tecnológico en las últimas décadas ha sido impactante por el descubrimiento de propiedades en distintos materiales favorables para la evolución tecnológica, aun así, este tipo de materiales está llegando a un determinado límite de implementación, porque no cumplen con características y propiedades físicas indispensables para el desarrollo tecnológico. Es por esto que el estudio de otros tipos de materiales que puedan suplir estas necesidades está generando un gran impacto y una gran demanda para la producción de dispositivos que sean modernos y eficientes a la hora de cumplir una determinada tarea. El grafeno es un material muy versátil a la hora de ser implementado en el desarrollo de dispositivos de alto rendimiento, es por esto que el estudio de métodos de obtención con materia prima de fácil adquisición está obteniendo gran demanda a nivel investigativo. La producción mundial de café genera toneladas (cerca de 10 millones de toneladas) de residuos sólidos y líquidos. Actualmente Colombia se posiciona en uno de los primeros lugares en la producción mundial de café, por lo que existen gran parte de residuos en nuestro territorio, residuos de los cuales, no se tiene un adecuado manejo y generan problemas medioambientales. Es por esto que se ha estudiado e implementado un método en el cual se dé un uso apropiado de los residuos de la industria del café, como la cascarilla del café, con el fin de obtener un material similar al grafeno (carbón tipo grafeno CTG). Inicialmente se implementó un proceso de pirólisis de biomasa. Posteriormente, la separación de las láminas de grafeno, fue posible debido a la interacción π-π entre las láminas de grafeno y la D-tirosina que facilitó su exfoliación; también se implementó el proceso de obtención del óxido de grafeno, con el fin de comparar estructural y morfológicamente ambos materiales. Para la caracterización eléctrica se analizaron cualitativa y cuantitativamente tres tipos de materiales, entre ellos el CTG, el pirolizado (que es obtenido en el proceso de pirólisis de la cascarilla de café sin tratamiento con tirosina) y grafito, con el fin de calcular su resistencia eléctrica y verificar el comportamiento de cada uno al estar sometidos a una diferencia de potencial y a una presión determinada.

The technological development in the last decades has been impressive due to the discovery of properties in different materials favorable for technological evolution, even so, this type of materials is reaching a certain limit of implementation, because they do not meet the characteristics and physical properties essential for technological development. This is why the study of other types of materials that can meet these needs is generating a great impact and a great demand for the production of devices that are modern and efficient in fulfilling a certain task. Graphene is a very versatile material when it comes to be implemented in the development of high-performance devices, which is why the study of methods of obtaining raw materials that are easy to acquire is in great demand at the research level. World coffee production generates tons (close to 10 million tons) of solid and liquid waste [1]. Colombia is currently positioned in one of the first places in the world production of coffee, for which reason there is a large part of waste in our territory, waste that is not adequately managed and generates environmental problems. It is for this reason that a method has been studied and implemented in which an appropriate use is made of coffee industry residues, such as coffee husks, in order to obtain a material similar to graphene (graphene-like carbon CTG). Initially, a biomass pyrolysis process was implemented. Subsequently, the separation of the graphene sheets, was possible due to the π-π interaction between the graphene sheets and D-tyrosine that facilitated their exfoliation; the process of obtaining graphene oxide was also implemented, in order to compare structurally and morphologically both materials. For the electrical characterization, three types of materials were qualitatively and quantitatively analyzed, among them CTG, pyrolyzed (obtained in the coffee husk pyrolysis process without tyrosine treatment) and graphite, in order to calculate their electrical resistance and verify the behavior of each one when subjected to a potential difference and to a determined pressure.