Reactor de microondas de bajo costo para la síntesis verde de nanomateriales

Low-cost microwave reactor for the green synthesis of nanomaterials

Esta contribución trata sobre un reactor de microondas de bajo coste para la síntesis verde de nanomateriales. El trabajo refleja resultados de investigación alcanzados en el grupo NanoFab de la Universidad Militar Nueva Granada, dentro de la línea de nanofotónica, sensores y nanotecnología. Las investigaciones y análisis se llevaron a cabo durante 2019.

1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de la ciencia ha estado implicado en el descubrimiento de nuevos materiales y técnicas para hacer los procesos más eficaces y sostenibles [1]-[6].

 La búsqueda de nuevas fuentes de energía ha sido siempre una prioridad científica en relación con las reacciones químicas endotérmicas. Las fuentes convencionales de suministro de energía en las reacciones químicas, como el calentamiento por convección en planchas eléctricas o en quemadores, han sido sustituidas por métodos de síntesis en los que el calor se utiliza de forma más eficiente. En particular, se ha investigado la síntesis asistida por microondas para reducir el tiempo de procesamiento en reacciones estándar, es decir, en procesos tipo Fenton [7].

Especialmente, cuando se trabaja con materiales aislantes, el calentamiento por microondas se denomina calentamiento dieléctrico. La razón se basa en la capacidad del material (precursores) para absorber la energía de las microondas y transformarla en calor [1], [8].

En un campo electromagnético, el componente eléctrico provoca el calentamiento por dos mecanismos principales: la polarización dipolar y la conducción iónica [9]. La irradiación de la muestra a frecuencias de microondas hace que los dipolos o iones se polaricen y se alineen en el campo eléctrico aplicado [10]. Simultáneamente, cuando el campo aplicado oscila, el dipolo o campo iónico se mueve para realinearse con el campo eléctrico externo alterno y esto provoca un aumento de la energía cinética en el reactor. La energía se pierde en forma de energía térmica a través de la interacción molecular y la pérdida dieléctrica [4], [6]. La cantidad de calor generada por este proceso está directamente relacionada con la capacidad de la matriz para alinearse con la frecuencia del campo aplicado. Lo contrario ocurre si el dipolo no tiene tiempo suficiente para realinearse con el campo electromagnético aplicado o se reorienta demasiado rápido con el campo electromagnético aplicado, lo que da lugar a una mala conversión de energía en calor.