Proyectos
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE ZEOLITA LTA PARA EL DESARROLLO Y EVALUACIÓN DE UN TAMIZ MOLECULAR PARA LA DESHIDRATACIÓN DE ETANOL
Resumen
La Ley 693 de 2001, mediante la cual se establece el uso de una mezcla oxigenada alcohol-gasolina al 10 %, obliga a implementar la producción de alcohol deshidratado, como consecuencia de los problemas de inmiscibilidad presentes en el sistema ternario asolina - agua - etanol. Para este caso en particular resulta de gran interés la síntesis de la zeolita 4 Å, intercambiada con cationes de potasio para la construcción de un tamiz molecular de 3 Å, que permite separar soluciones azeotrópicas etanol-agua para la roducción de alcohol carburante, debido a que excluye las moléculas de etanol, de 4.4 Å, pero admite las de agua, de 2.8 Å. Además de la separación de la solución azeotrópica, el tamiz molecular facilita el control de la humedad a lo largo de cualquiera de las etapas que conforman el proceso integral de producción del alcohol carburante, incluidas las de almacenamiento y transporte. En consecuencia, en el presente proyecto se propone realizar la adaptación de una tecnología práctica, no desarrollada en el país, con base en materias primas de producción nacional como el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el aluminato de sodio y el hidróxido de sodio, con lo cual se les agrega valor, se promueve el desarrollo de un nuevo sector industrial y se reduce la dependencia, con las implicaciones de carácter socioeconómico que esto conlleva. La realización de este proyecto incluirá un protocolo que incorpora las condiciones de síntesis del tamiz molecular, a nivel piloto, así como los resultados de la caracterización, la cual incluye análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) para establecer la morfología del cristal, isotermas de adsorción de nitrógeno para cuantificar el área superficial, difracción de rayos X (XRD) para establecer la semejanza de los patrones con los que se encuentran reportados en la literatura, cuantificación del tamaño de poro y evaluación de la cristalinidad de la estructura. Por último, el grado de adsorción de agua será comparado con el de un tamiz molecular comercial nuevo, utilizando para ello un montaje a nivel piloto de una unidad de adsorción/desorción que constará de un vaporizador, dos columnas empacadas con el tamiz sintetizado y los respectivos instrumentos de control. Este proyecto pretende dar continuidad a un trabajo adelantado con el apoyo de Colciencias bajo la modalidad de "Jóvenes Investigadores e Innovadores 2008", en el cual se han obtenido excelentes resultados en cuanto a la caracterización de las materias primas y al estudio de las condiciones de reacción a escala de laboratorio (10 g) de la zeolita requerida para la síntesis del tamiz molecular 3A, para llevar el proceso a escala piloto. En el trabajo realizado a nivel de laboratorio se sintetizó zeolita LTA, usando materias primas de producción nacional, como el aluminato de sodio y el metasilicato de sodio. A partir de su caracterización, se encontró que estas materias primas tienen los compuestos y elementos necesarios, y en las proporciones suficientes, para sintetizar el tamiz molecular 3A, de modo que no se requiere el uso de otros materiales para compensar las cantidades de sodio, aluminio o silicio que deben estar presentes en la estructura del tamiz. Se ha establecido un protocolo de síntesis de la zeolita LTA, a nivel de laboratorio, para la obtención de 10 g de producto. Además, dicho procedimiento de síntesis se ha implementado exitosamente en la obtención de lotes de 100g. Por otra parte, se utilizó una herramienta de optimización para obtener las mejores condiciones de síntesis de la zeolita, en cuanto a las composiciones de los reactivos de partida, los tiempos de maduración y síntesis del gel reactivo, y la emperatura de síntesis. La temperatura así encontrada, 78 °C, es inferior a la recomendada en la literatura (90-150°C), resultado significativamente útil para el a horro de energía durante el proceso. A partir de información hallada en la literatura se diseñó un programa de computador basado en un diagrama ternario de composiciones, que permite determinar si una composición propuesta para la mezcla de síntesis conduce a la fase zeolítica deseada; para el caso, zeolita LTA. Además, el programa permite calcular los balances de materia para establecer las cantidades exactas de reactivos a utilizar en la producción de zeolita, siendo de gran utilidad en este trabajo. Mediante la caracterización del producto se logró establecer el tipo de zeolita obtenido a nivel de laboratorio, así como su grado de cristalinidad, siendo esta última característica una condición significativa en la calidad de la zeolita, con gran influencia en los procesos de intercambio iónico y de deshidratación. Se han obtenido cristales con geometría cúbica, con tamaño y formas regulares, de aproximadamente 1 um de lado. Por otra parte, también se han realizado algunos ensayos exploratorios en relación con el intercambio iónico de la zeolita.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIAS EXTERNAS
Modalidad:PROYECTOS DE CONVOCATORIAS EXTERNAS
Responsable