Exfoliación en fase líquida de carbón de alto rango para obtener óxido de grafeno

Abstract

Este documento es el resultado del trabajo de obtención de óxido de grafeno usando como material de partida carbón semi antracita procedente de la mina San José del municipio de Boavita (Boyacá). El objetivo del proyecto es evaluar la obtención de óxido de grafeno por medio del método de exfoliación de fase líquida usando carbón de alto rango como materia prima. Se tienen en cuenta dos variables: el tamaño de partícula de inicio (mayor a 0,15 mm, 0,15 mm a 0,05 mm y menor a 0,05 mm) y el retiro de materia mineral por medio de un lavado básico de las muestras. Se diseña un protocolo de molienda y selección de tamaños de partícula, luego se procede a hacer el lavado básico de las muestras, se continúa con el proceso de oxidación por medio del Método de Hummers Modificado, para finalmente proceder a hacer la exfoliación en fase líquida (LPE) usando como surfactante el Pluronic 123. Se comparan rendimientos en la obtención de óxido de grafeno teniendo en cuenta el tamaño de partícula y la eliminación (o no) de materia mineral. Para evaluar la calidad del óxido de grafeno obtenido se usan técnicas de caracterización como la espectroscopía Raman, la espectroscopía UV-vis, la microscopía electrónica de barrido (SEM), la espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX) y la microscopía de fuerza atómica (AFM). En conclusión, es factible obtener óxido de grafeno multicapa a partir de carbón antracítico, obteniendo estructuras con altura promedio entre 10,8 nm y 184,6 nm. Así mismo es posible obtener estructuras con tamaños entre los 200 nm y las 10 µm. Finalmente, es factible obtener rendimientos cercanos al 30% de la masa inicial.

This document shows the results to obtain graphene oxide using semi-anthracite coal as raw material from San José mine in Boavita (Boyacá). The main objective of the project is to evaluate the obtaining of graphene oxide through the liquid phase exfoliation method using high-rank coal as raw material. Two variables are taken into account: the initial particle size (0.15 to 0.09 mm, 0.09 to 0.05 mm and less than 0.05 mm) and the removal of mineral matter by basic washing method. A protocol for grinding and selection of particle sizes is designed, then the basic washing of the samples is carried out, the oxidation process continues by means of the Modified Hummers Method, and finally the in liquid phase exfoliation is carried out using Pluronic 123 as a surfactant. To evaluate the quality of the graphene oxide obtained, are used characterization techniques such as Raman Spectroscopy, Uv-Vis Spectroscopy, Scanning Electron mMicroscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and Atomic Force Microscopy (AFM). In conclusion, it is feasible to obtain multilayer graphene oxide from anthracite coal, obtaining structures with average height between 10.8 nm and 184.6 nm. Likewise, it is possible to obtain structures with sizes between 200 nm and 10 µm. Finally, it is feasible to obtain yields close to 30% of the initial mass.