Materiales carbonosos derivados del PBO

Resumo

El presente trabajo tiene como objetivo principal investigar el comportamiento de los materiales de carbono derivados del polímero poli(p-fenilen benzobisoxazol) (PBO) por activación y por tratamiento térmico a altas temperaturas, así como buscar razones que justifiquen que un mismo precursor dé lugar a materiales altamente desordenados a bajas temperaturas y a materiales grafíticos por simple tratamiento térmico a elevadas temperaturas. Se prepararon varias series de fibras de carbono activadas obteniéndose materiales con superficies específicas variables en función del método de activación utilizado. Los materiales activados físicamente presentan superficies específicas superiores a 900 m2/g a los mayores grados de quemado. La adición de pequeñas cantidades de ácido fosfórico produce un incremento en el rendimiento de los carbonizados y en su reactividad frente al dióxido de carbono. La activación química con ácido fosfórico, además de incrementar el rendimiento global del proceso, permite la preparación de adsorbentes carbonosos con superficies específicas elevadas, morfología fibrosa y una gran cantidad de grupos superficiales. Se investigaron los cambios estructurales y nanoestructurales que experimenta el polímero PBO al ser tratado a temperaturas comprendidas entre 900 y 2700 ºC. A 900 ºC el material está formado por poros alargados orientados a lo largo del eje de la fibra y con un orden estructural turbostrático. Al aumentar la temperatura de tratamiento las unidades que componen las paredes de los poros se incrementan, los poros se alisan, coalescen y la estructura del material tiende a ser laminar. A 2700 ºC se observan apilamientos de grafenos casi perfectos que dan lugar a un orden triperiódico. Como nexo de unión entre los dos apartados anteriores se estudió el efecto de la activación física de los carbonizados de PBO sobre la posterior evolución térmica de estos materiales y se compararon los resultados obtenidos con los correspondientes a los materiales sin activar. Se prepararon materiales a dos grados de quemado distintos (15 y 51%) y se encontró que existe una gran diferencia en porosidad entre los dos adsorbentes, pero a 1600 ºC la porosidad generada durante la etapa de activación desaparece. A temperaturas superiores a 2000 ºC, la evolución de los materiales activados es similar a la de los materiales sin activar, produciéndose una mejora progresiva del orden estructural, desde un orden turbostrático a uno triperiódico.