Producción de químicos de valor agregado y combustibles solares por fotocatálisis en micro–reactores optofluídicos

Detalles del proyecto

Descripción

El objetivo principal de este proyecto es estudiar varias reacciones de reducción fotocatalítica (conversión de CO2, síntesis orgánica usando CO2 como materia prima y evolución de hidrógeno) utilizando los principios de la química de flujo, que se define como el estudio de reacciones químicas realizadas en un régimen continúo utilizando un volumen pequeño de reactor (normalmente, por debajo de 1 mL). El uso de reactores pequeños, también conocidos como microreactores microfluídicos u optofluídicos, tiene varias ventajas, en comparación con los reactores por lotes, por ejemplo, velocidades de reacción más rápidas, mayor selectividad, relación superficie-volumen alta, difusión rápida de masa y calor, entre otros. Como técnica emergente, la química de flujo ha propiciado una mejora significativa en los sistemas analíticos y la producción de productos químicos, particularmente, en la industria farmacéutica. La química del flujo se ha relacionado con las tareas de la fotoquímica y la fotocatálisis que abordan aspectos de la síntesis orgánica, la ciencia de los materiales y el tratamiento del agua. Sin embargo, todavía está en su infancia e intenta centrarse en los grandes desafíos de la energía, el medio ambiente y la industria química sostenible.
Por lo tanto, los conceptos que se pondrán en uso están dedicados a diseñar y construir nuevos micro-reactores optofluídicos utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional y construirlos usando técnicas de fotolitografía o de impresión 3D. También implica la síntesis de nanomateriales fotocatalíticos, tales como óxidos y sulfuros de metales de transición, nanomateriales carbonosos híbridos y sus compositos por medio de métodos de síntesis de química suave, asistida por ultrasonido o microondas. Los materiales nanoestructurados generados, con morfologías controladas y alta conductividad eléctrica, serán investigados como tales e incorporados en los micro-reactores optofluídicos para ser probados en la reducción de CO2 en presencia de agua (proceso de fotosíntesis artificial), la incorporación de CO2 en estructuras orgánicas complejas (fijación de CO2) y reacciones de evolución de hidrógeno.
El conocimiento generado en este estudio establecerá los conceptos básicos para comprender la influencia del tipo de catalizador y los parámetros de reacción (por ejemplo, tiempo de residencia, carga de catalizador, concentración inicial de sustrato, longitud de onda de excitación, intensidad de luz, pH) y diseño del micro-reactor optofluídico en la selectividad a los productos deseados. Este conocimiento permitirá el desarrollo de nuevos dispositivos optofluídicos que se pueden aplicar a la intensificación de procesos, reduciendo el tamaño de equipo, el consumo de energía y la generación de residuos.
EstadoFinalizado
Fecha de inicio/Fecha fin1/11/2030/09/23