Interacciones de contaminantes del biogás con superficies de carburo de molibdeno: Un estudio DFT
Bermeo Campos, Ricardo (1); Santana Sánchez, José Eduardo (1); García Caraveo, Kevin Jafet (1); De Santiago Varela, Francisco (1); Lozano Vinalay, Marco Antonio (1); Sánchez Luna, David (1)
(1) Tecnológico de Estudios Superiores de Chicoloapan, Camino al Monte s/n, esquina con Camino a Tlalmimilolpan, Loma de Guadalupe, Chicoloapan, México, C.P. 56380.
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Abstract
La revalorización de residuos orgánicos urbanos y semiurbanos mediante biodigestores es fundamental para la transición energética. Sin embargo, el aprovechamiento del biogás requiere de procesos de purificación para entregar biogás de calidad, ya que el metano (CH4) coexiste con impurezas críticas como CO2, H2S, vapor de agua y siloxanos. La captura selectiva o el monitoreo en estado sólido de estos gases permitiría optimizar los parámetros de digestión y purificar el producto. En este trabajo se investiga, a través de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) implementada en el código SIESTA, la interacción entre superficies de carburo de molibdeno (Mo(n+1)Cn; n=1,2,3), en estado prístino y con terminaciones superficiales (-O, -OH, -F), y las principales moléculas del biogás. Los cálculos para las estructuras prístinas revelan que el H2S y el CO2 interactúan fuertemente, con energías de adsorción (Eads) de -1.0 a -1.3 eV y de -1.2 a -1.7 eV, respectivamente. En contraste, el CH4 presenta interacciones termodinámicamente desfavorables (Eads de 0.3 a 0.5 eV). Esta marcada diferencia energética, demuestra una alta selectividad del material hacia los contaminantes. Estos hallazgos, sumados a las evaluaciones sobre los efectos de los grupos funcionales que se encuentran actualmente en desarrollo, perfilan a los MXenos basados en molibdeno como candidatos excepcionales para el diseño de membranas de purificación o sensores avanzados de biogás.
Keywords: Biogás; DFT; Energía