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El capítulo introduce la terminología y los modelos teóricos esenciales para evaluar el almacenamiento y la separación de gases en materiales porosos, como las Redes Metal-Orgánicas (MOFs). Se destacan seis parámetros clave: capacidad de trabajo, capacidad del sistema, cinética, estabilidad cíclica, calor isostérico de adsorción (Qst) y selectividad.
Para el almacenamiento, es crucial diferenciar entre la captación en exceso (o exceso de Gibbs), que mide la adsorción en la superficie interna, y la captación total, que es la suma del exceso y el gas a granel comprimido dentro de los poros. La captación en exceso típicamente alcanza un máximo entre 20 y 40 bar. La captación total (Ntot) se calcula sumando la captación en exceso (Nex) y la densidad del gas multiplicada por el volumen del poro (dgasVpore). Evaluar la eficiencia requiere un equilibrio entre la captación gravimétrica y la volumétrica; los materiales de baja densidad, como los COFs, pueden tener alta captación gravimétrica pero baja volumétrica, lo cual es desfavorable para aplicaciones energéticas móviles.
La capacidad de trabajo representa la cantidad de gas que puede ser efectivamente entregada a un dispositivo, excluyendo el gas retenido a la presión mínima operativa (ej. 5 bar) y el máximo de compresión (ej. 65 bar). La capacidad basada en el sistema es aún más restrictiva, ya que considera el peso del sistema auxiliar y los efectos térmicos intrínsecos, como la necesidad de disipar el calor liberado (Qst) durante el repostaje.
La separación de gases se basa en mecanismos termodinámicos (equilibrio) o cinéticos (difusión). La separación termodinámica depende de la afinidad de los gases hacia la superficie adsorbente, modulada por el Qst. La separación cinética se basa en diferencias de difusividad, influenciadas por la geometría de los poros. Los mecanismos de difusión incluyen la difusión molecular, de Knudsen y configuracional. El efecto de apertura de compuerta (gate-opening effect), una transición estructural inducida por presión o temperatura, es un mecanismo de separación útil exclusivo de materiales reticulares (MOFs, ZIFs, COFs).
La selectividad se puede estimar cualitativamente a partir de isotermas de un solo componente, o de manera más precisa mediante la Teoría de la Solución Adsorbida Ideal (IAST) o experimentos de breakthrough. Finalmente, la viabilidad de estos materiales requiere estabilidad térmica y mecánica; el estrés térmico por la liberación de Qst puede ser significativo (ej. un aumento potencial de más de 120∘C en HKUST-1 al almacenar CH4), y la estabilidad mecánica es crítica para el uso de cuerpos conformados en lugar de polvos.
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