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Laboratorio de Catálisis y Materiales
Objetivos

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.

Ensayos

ÁREA DE PROPIEDADES TÉRMICAS 
- Análisis térmico por calorimetría diferencia de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico (TGA)
- Análisis termogravimétrico a presión (HP-TGA)
- Espectrocopía de masas (MS)
- Determinación de la conductividad térmica de materiales

ÁREA DE PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS
- Determinación del índice de turbidez
- Determinación de volumen y densidad de polvo, espuma y sólidos
- Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)
- Microscopía electrónica de barrido (SEM
)

ÁREA DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y REOLÓGICA                                                                                                                                                       - Propiedades mecanodinámicas de materiales sólidos y composites (DMA)
- Reología de líquidos y suspensiones

ÁREA DE SÍNTESIS DE NANOMATERIALES Y COMPOSITES
- Procesos de liofilización
- Síntesis de aerogeles
- Destilación de disolventes

ÁREA DE PREPARACIÓN DE MUESTRAS                                                                                                                                   - Troquelado de materiales
- Procesos de extrusión
- Moldeo por inyección
- Preparación de muestras de polvo para SEM
- Preparación de muestras conductoras para SEM
 

 DÍPTICO LABORATORIO CATÁLISIS Y MATERIALES

 

 


 




 

 

Investigación
1.- 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.

2.- 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.

3.- 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. Oxy-combustion of swine manure through thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry. D. López-González, M.M Parascanu, M. Fernandez-Lopez, M. Puig-Gamero, G. Soreanu, A. Avalos-Ramirez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva. (Submitted to…).
2. Combustion kinetic study of woody and herbaceour crops by thermal analysis coupled to mass spectrometry. D. López-González, A. Avalos-Ramirez, A. Giroir-Fendler, S. Godbout, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva, (Submitted to Energy).
3. Catalytic and non-catalytic pyrolysis of biologically treated manure. M. Fernandez-Lopez, M. M. Parascanu, D. López-González, G. Soreanu, A. Avalos-Ramirez, P. Sánchez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Environmental Engineering and Management Journal, 2015, Vol.14 (2), p.349-355.
4. Life cycle assessment of swine and dairy manure: Pyrolysis and combustion processes. M. Fernandez-Lopez, M. Puig-Gamero, D. López-González, A. Avalos-Ramirez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Bioresource Technology, 2015, Vol.182, p.184-192.
5. Comparison of the steam gasification performance of three species of microalgae by thermogravimetric-mass spectrometric analysis. D. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Fuel, 2014, Vol. 134 (15), p. 1-10.
6. Pyrolysis of three different types of microalgae: Kinetic and evolved gas analysis. D. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Energy, 2014, Vol. 73 (14), p. 33-43.
7. Gasification of lignocellulosic biomass char obtained from pyrolysis: Kinetic and evolved gas analyses. D. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Energy, 2014, Vol. 71, p.456-467.
8. Kinetic analysis and thermal characterization of the microalgae combustion proccess by thermal analysis coupled to mass spectrometry. D. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Applied Energy, 2014, Vol.114, p.227-237.
9. Thermogravimetric-Mass Spectrometric Analysis on Combustion of Lignocellulosic Biomass. D. López-González, M. Fernandez-Lopez, J. L. Valverde, L. Sanchez-Silva; Bioresource Technology, 2013, Vol. 143, p.562-574.
10. Pyrolysis, combustion and gasification characteristics of Nannochloropsis Gaditana microalgae. L. Sanchez-Silva, D. López-González, A.M. Garcia-Minguillán, J.L. Valverde. Bioresource Technology, 2013, 130, p.321-331.
11. Thermogravimetric-mass spectrometric analysis of lignocellulosic and marine biomass pyrolysis. L. Sanchez-Silva, D. López-González, J. Villaseñor, P. Sánchez, J.L. Valverde. Bioresource Technology, 2012, Vol. 109, p.163-172.

 

Proyectos

PROYECTOS

1.- Nanocomposite for building constructions and civil infraestructures: European network pilot production line to promote industrial application cases.
• H2020 NANOLEAP
• Enero 2015-Junio 2018
• 6.9 MM €
2.- Producción de hidrógeno en reactores electroquímicos de membrana polimérica y su posterior uso en la síntesis de productos de alto valor añadido.
• Proyecto de investigación I+D+I del programa estatal de investigación, desarrollo e innovación orientada a retos del Ministerio de Economía y Competitividad
• Enero de 2014- Diciembre de 2016
• 197000 €
3.- CO2 and H2O toward methanol synthesis at atmospheric pressure in co-ionic electrochemical membrane reactors.
• Acción de Programación conjunta Internacional, APCIN y del Ministerio de Economía y Competitividad PCIN
• Septiembre 2014-Diciembre 2016
• 100000 €
4.- Desarrollo de electrolizadores de alcoholes.
• ABENGOA RESEARCH
• Enero 2015-Diciembre 2015
• 72456.1 €
5.- Diseño de un sistema de almacenamiento térmico para recuperación de calor proveniente de pilas de combustible y electrolizadores mediante materiales de cambio de fase basado en la patente europea 09153793.6-1213.
• CENTRO NACIONAL DEL HIDRÓGENO
• Enero 2015-Julio 2015
• 14064 €
6.- Aplicación de la electrocatálisis en la producción de H2 acoplada a otros procesos de interés industrial y medioambiental
• ABENGOA RESEARCH
• Julio 2012-Julio 2015
• 185130 €.
 

Personal

- 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 Contratado Doctor de Ingeniería Química
- María Fernández López. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.
- Carolina Simón Herrero. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.
- Mª del Prado Lavín López. Ingeniera Química. Alumna de Doctorado.

 

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