Síntesis verde de carbón activado a partir de las hojas de la corona de la piña para su aplicación como materiales de electrodos en supercapacitores

Abstract

Los supercapacitores (SCs) son dispositivos de almacenamiento de energía. Sin embargo, la cantidad de energía que pueden almacenar depende del área superficial, la distribución del tamaño y volumen de los poros, la conductividad eléctrica, etc. del material activo que comúnmente están basados en materiales carbonosos, que juegan un papel fundamental en el mecanismo de almacenamiento de carga de la doble capa. No obstante, la obtención de carbón activado (CA), involucra procesos que requieren agentes químicos activantes (como KOH, H3PO4 y ZnCl2), que perjudican el medio ambiente. Por este motivo, en el presente trabajo se informa sobre el uso de HCO3- y CO32-, recuperados del extracto acuoso de la ceniza de madera de Molle (Schinus Molle L.) (EAC), como agentes de pretratamiento para la desnaturalización de los compuestos lignocelulósicos presentes en los residuos biomásicos de las hojas de la corona de la piña (HCP). Para ello, se realiza un tratamiento hidrotermal a 150 °C, seguido de la fermentación con Saccharomyces cerevisiae a 37 °C por 3 h y la pirólisis a 900 °C en atmósfera de argón. Los carbones activados que se obtuvieron mostraron un aumento en el área superficial de 436 a 755 m2 g-1 cuando se incorpora NaHCO3 en el pretratamiento y hasta 1 176 m2 g-1 cuando se incorpora EAC en combinación con la fermentación. Es así que, el material que reporta mayor área superficial tiene una capacitancia específica de 159 F g-1 medido por voltamperometría cíclica a una velocidad de barrido de 5 mV s-1 en H2SO4 1 mol L-1. En conclusión, los resultados alcanzados demuestran que es posible la síntesis verde de carbón activado utilizando ceniza de la madera del árbol de Molle como fuente de HCO3- y CO32-, en combinación con las levaduras como medio de activación.

Supercapacitors (SCs) are energy storage devices. However, the amount of energy they can store depends on the surface area, pore size and volume distribution, electrical conductivity, etc. of the active material which are commonly based on carbonaceous materials, which play a fundamental role in the charge storage mechanism of the double layer. Nevertheless, obtaining activated carbon (AC) involves processes that require activating chemical agents (such as KOH, H3PO4, and ZnCl2), which are harmful to the environment. For this reason, this study reports on the use of HCO3- and CO32-, recovered from the aqueous extract of Molle wood ash (Schinus Molle L.) (EAC), as pretreatment agents for the delignification of lignocellulosic compounds present in biomass waste from pineapple crown leaves (HCP). To achieve this, a hydrothermal treatment is carried out at 150 °C, followed by fermentation with Saccharomyces cerevisiae at 37 °C for 3 hours and pyrolysis at 900 °C in an argon atmosphere. The obtained activated carbons showed an increase in surface area from 436 to 755 m2 g-1 when NaHCO3 is incorporated in the pretreatment, and up to 1,176 m2 g-1 when EAC is combined with fermentation. The material with the highest reported surface area exhibits a specific capacitance of 159 F g-1 measured by cyclic voltammetry at a scan rate of 5 mV s-1 in H2SO41 mol L-1. In conclusion, the results demonstrate that the green synthesis of activated carbon is possible using Molle tree wood ash as a source of HCO3- and CO32- in combination with yeast as an activation medium.