Modelación de fenómenos de adsorción de nitrovinilfuranos en carbón activado

Abstract

Activated carbon (AC) is employed as an adsorbent in the purification process of nitrovinylfurans (NVFs) with limited knowledge about the involved mechanism. This situation leads to obtaining products with a high purity degree, but with affectations in their quantities. The present work deals with a mostly theoretical study of the adsorption of four different nitrovinylfurans onto a simplified AC model, consistent of coronene molecules. The Multiple Minima Hypersurface (MMH) methodology is employed to study adsorbent-adsorbate interactions. The Granada-R2 software is used to generate random arrangements of coronene molecules surrounding a NVF, in order to explore the Potential Energy Surface of the system. Geometry optimizations and energetic minimizations are performed by means of PM7 Hamiltonian. These cluster hyper-surfaces are further explored by means of calculating partition functions of their canonical distributions and the association energy among one molecule of NVF and several of coronene, thus the adsorption process is reaffirmed as spontaneous. The obtained results suggest than fisisorption of NVFs onto AC takes place because of noncovalent interactions between electronic clouds. Experimental adsorption isotherm data for E-2-(2-nitrovinyl)furan is also obtained confirming the adsorption characteristics predicted by the developed model. Key words: activated carbon, Granada-R2, adsorption isotherm, Multiple Minima Hypersurface, nitrovinylfurans.

El carbón activado (CA) es empleado como adsorbente en el proceso de purificación de ni- trovinilfuranos (NVFs) con conocimiento limitado acerca del mecanismo involucrado. Esta situación provoca la obtención de productos de alta pureza pero con afectaciones en su rendimiento. El presente trabajo aborda un estudio esencialmente teórico de la adsorción de NVFs en CA para entender el proceso desde el punto de vista termodinámico. Para representar el CA se emplea un modelo simplificado consistente en moléculas de coroneno. Las interacciones adsorbente-adsorbato se estudian a través de la Hipersuperficie de Múltiples Mínimos (MMH) por medio de la generación de arreglos supramoleculares aleatorios en el programa Granada-R2. Los datos obtenidos se optimizan y minimizan a través del hamiltoniano semiempírico PM7. Se calculan propiedades termodinámicas mediante funciones de partición y la espontaneidad de la adsorción es puesta de manifiesto a través de la energía de asociación entre una molécula de NVF y varias de coroneno. Los resultados obtenidos sugieren que la adsorción de NVFs sobre CA es de tipo físico y ocurre debido a interacciones no covalentes entre nubes electrónicas π. También se obtiene la isoterma de adsorción del E-2-(2 nitrovinil)furano cuyo análisis confirma la validez del modelo desarrollado.