Ignacio Martín Gullón

Lineas de Investigación

• Materiales carbonosos

• Nanofilamentos de carbono: Nanofibras de Carbono (CNF) y Nanotubos de Carbono (MWNT)

Esta línea comenzó en 2003 y hay proyectos en curso. Consiste en el estudio de la influencia de las condiciones del proceso en la generación de nanofilamentos de carbono, en los distintos tipos de estructuras que pueden resultar. Desde el mencionado año, llevamos trabajando conjuntamente con el Grupo Antolín en la generación de Nanofibras de Carbono por el método del catalizador flotante. Entre la influencia de las condiciones de operación se encuentran la influencia del hidrocarburo, presencia de hidrógeno, catalizador y las condiciones térmicas. Una descripción de las diferencias y parecidos entre los distintos nanofilamentos de carbono puede descargarse aquí. La aplicación principal de estos nanofilamentos es como carga en materiales compuestos de matriz polimérica, tanto dotar al polímero de conductividad como para  mejorar las propiedades mecánicas. En la actualidad, el Grupo Antolín es la primera empresa europea en producir a escala semi-industrial nanofibras de carbono a precios competitivos, y es la única compañía que ha desarrollado la producción de nanofibras de carbono usando níquel como catalizador por el método del catalizador flotante. Las nanofibras producidas son del tipo stacked cup. En la Universidad de Alicante se han puesto a punto todas las técnicas para poder caracterizar completamente los nanofilamentos de carbono. Técnicas microscopicas avanzadas para caracterizar la estructura del material por TEM y distinguir entre distintos tipos de estructura,  parámetros texturales y métodos dispersantes para determinar la distribución de diámetros y relación de aspecto por SEM. Asimismo, se disponen de otro tipo de técnicas para caracterizar el ordenamiento cristalino (XRD), química superficial (Boehm, TPD-MS), composición de las cenizas, etc. Además, se tiene el objetivo de controlar  la modificación de las propiedades superificiales (polares, ácidas, grupos funcionales, etc) o funcionalización de las nanofibras de carbono por distintos tratamientos, tánto térmicos, como en fase líquida. Estos tratamientos tienen un doble objetivo de permitir generar suspensiones homogéneas líquidas que permitan una mejor dispersión en la preparación de un material compuesto, y por otro lado intentar anclar químicamente el nanofilamento con la matriz polimérica. Esta línea de trabajo se encuentra en gran expansión. Paper más relevante: Martin-Gullon, I., Vera, J., Conesa, J.A., González, J.L., Merino, C. Differences between carbon nanofibers produced using Fe and Ni catalysts in a floating catalyst reactor. Carbon 44 (8), pp. 1572-1580, 2006.

Esta línea comenzó en 2005.  El objetivo del estudio del procesado de polímeros termoplástico o termoestable con nanofilamentos de carbono era comprobar el efecto que tenían los tratamientos superficiales en las propiedades resultantes de los materiales compuestos en cuanto a la dispersión, las propiedades mecánicas y las propiedades eléctricas. Esta linea se ha puesto en marcha en cooperación con el Center for Applied Energy Research, perteneciente a la Universidad de Kentucky, en el Grupo de Materiales de Carbono que es liderado por Rodney Andrews. Se realizé una estancia de 6 meses en 2005 para realizar un estudio preliminar de "Estudio comparativo de la utilización de nanotubos y nanotubos de carbono en materiales compuestos de matriz polimérica", en el que se utilizaron MWNT como nanotubos y GANF1 y Pyrograf III como nanofibras de carbono. En ella, se aprendieron las técnicas de mezclado de la carga en un mezclador de cizalla y en dispersión por disolvente, así como la evaluación de propiedades electricas y mecánicas. La cooperación con este centro y el intercambio de muestras en el trabajo de los composites y la caracterización de las nanofibras y su química superficial es muy intenso. El conseguir una buena dispersión de las nanofilamentos es muy complejo, dado dado que el material nanofibrilar se enmadeja (o se produce enmadejado) y los fluidos son muy viscosos. Se han desarrollado en esta universidad técnicas para poder cuantificar y observar la dispersión de los nanofilamentos de carbono en una matriz polimérica. Se evalúa la dispersión a dos niveles. Dispersión a nivel microscópico. Mediante el microscopio óptico, a unos 500 aumentos, pueden detectarse en superficies pulidas facilmente aglomeraciones de nanofilamentos superiores a 5 micras y cuantificarse en un área representativa la fracción espacial que suponen. En la figura de la derecha puede observarse un ejemplo en el que se observa una gran aglomeración. Dispersión a nivel nanoscópico. En la universidad, hemos conseguido mediante cortes con ultramicrotomía observar cortes de materiales compuestos de espesores de unos 100 nm, en el que observan los nanofilamentos como se encuentran en el interior de la matriz. En las imagenes se observa una imagen de nanofibras de carbono en una matriz termoplástica al  5% en peso. En la de la izquierda se muestra  la nanofibra bien dispersa en la matriz,  mientras que en la derecha se observa un aglomerado de algunas micras que no ha podido dispersarse.	Microscopía óptica: Aglomerado de 50 micras.
El conocimiento del grado de dispersión con estas técnicas da una información valiosísima sobre la efectividad del procesado del nanofilamento en la matriz, y poder evaluar tanto si un procesado (mezcla caliente y cizalla, dispersión en suspensión con disolventes, polimerización in-situ) como los tratamientos de funcionalización son efectivos, y de ello dependerán las propiedades eléctricas como fundamentalmente el posible refuerzo mecánico. Se colabora en un consorcio europeo Eureka, liderado por la Scuola Universitaria De La Svizzera Italiana SUPSI, en el que participan como empresas suizas Dolder y Timcal, como empresas  españolas el Grupo Antolin y el Grupo Repol, y como centros de investigación la Universidad de Kaiserslautern y AIMPLAS. Una muestra de los resultados obtenidos puede verse aquí

 
Es la linea de investigación con la que comencé y realicé parte de mi tesis doctoral y mis estancias postdoctorales.Una introducción básica a este material en español se encuentra en el website de Clarimex, filial de NORIT, empresa está última líder de producción de carbones activados en la que realicé una estancia de un año en I+D.


Se han estudiando muchos aspectos de estos carbones adsorbentes: Obtención y producción de carbones activados a partir de distintas materias primas, como carbones minerales, cascara de coco, turba, lignitos, hueso de acituna, etc., así como de fibras de carbón activado (a partir de PAN, breas, resinas fenólicas). Influencia de la carbonización, y de la activación, tanto física (vapor de agua o dióxido de carbono), como química (hidróxido de potasio). Formación de carbones granulares irregulares y formación de pellets, tanto  por peletización o por extrusión con lubricantes tanto de polvo carbonizado como de fibras de carbón. Formación de composites ligeros a partir de fibras. Influencia del tipo de reactor (rotatorio, lecho fijo, móvil, fluidizado), a escala de laboratorio y planta piloto. Caracterización de carbones mediante adsorción de gases, porosimetría de mercurio, y análisis.

Respecto a las aplicaciones, adsorción en fase gas para la captura de dióxido de azufre, y utilización de fibras de carbón, y composites de fibras de carbón como catalizador para la eliminación continua de dióxido de azufre en una corriente efluente. En fase líquida, eliminación de microcontaminantes orgánicos en el tratamiento de aguas potables con carbones activados granulares y fibras de carbón activadas peletizadas.


Últimamente, he tenido interés en el desarrollo de una máquina de refrigeración por adsorción, mediante el uso de carbones activados. Se han realizado modelizaciones, aunque no hemos disponido ya de oportunidades de llevarlo a cabo. Una excelente página destinada a esto es de Michel Pons, del CNRS.


Publicaciones más relevantes:
 

• I. Martín-Gullón. and R. Font. Dynamic Pesticide Removal with Activated Carbon Fibers,. Water Research, 35/2, 516, 2001
• F. Derbyshire, M. Jagtoyen, R. Andrews, A. Rao, I. Martin-Gullon and E. Grukle. Activated Carbon in Environmental Applications. In Chemistry and Physics of Carbon (Edited by L.R. Radovic), Vol. 27, pp. 1-66, Marcel Dekker,  2000

• Lechos Fluidizados Multietapas.

Esta investigación constituyó una gran parte de mi tesis doctoral, cuyo último objetivo era el diseño, construcción y operación de una planta piloto, de operación contínua, de lecho fluidizado de tres etapas para llevar a cabo la producción de carbones activados. Se analizaron estudio hidrodinámico de reactores de lecho fluidizado en continuo, distribución de tiempos de residencia e influencia de tabiques deflectores. Utilización de reactores de lecho fluidizado de varias etapas en configuración vertical, con circulación de sólidos con downcomers. Diseño de reactores de lecho fluidizado multietapas en función de las condiciones de operación y sus intervalos de operación limite. Se diseño y construyó satisfactoriamente una planta piloto de lecho fluidizado de 3 etapas para la producción de carbones activados, con obtención de un producto adecuado y aplicación satisfactoria de un modelo. Publicación más relevante:<> <>        I. Martin-Gullon, A. Marcilla, R. Font, M. Asensio. Stable operating velocity range for multistage fluidized bed reactors with downcomers. Powder Technol. 85, 193-201, 1995.

• Análisis de eyectores de vapor. Aplicación de Refrigeración.

Debido a la necesidad de predicción del comportamiento de un eyector para la aplicación de sistemas de refrigeración por eyección de vapor, se ha realizado una amplia investigación bibliográfica en la literatura especializada. En los sistemas de refrigeración por eyector, se sustituye el compresor por una vaporización presurizada aprovechando fuentes de calor residual o energía solar o energía calorífica. Estos sistemas son más simples (y menos costosos) que la refrigeración por absorción de la mezcla amoniaco-agua, y su COP es semejante. Su éxito radica en una modelización básica termodinámica del eyector. En estos sistemas hay 3 niveles de presión: alta (vaporización del refrigerante y entrada motriz al eyector), media (condensador y salida del eyector) y baja (evaporador y entrada al eyector). Contribución más relevante: F. Mateos, I. Martín-Gullón and F. Ruiz Beviá. A comprehensive analysis of steam jet ejectors. 9th Mediterranean Chemical Engineering Conference, pp. 221 (2003).

Actualizado, 5 Octubre  de 2006