Membranas poliméricas de matriz mixta para permeación de gases

A. I. ROMERO

Publicia

Año: 2015 p. 136

978-3-639-64952-9

Las membranas poliméricas utilizadas para separación de gases ofrecennumerosas ventajas, entre las que se pueden mencionar bajo consumoenergético, simplicidad operacional y buena resistencia mecánica.Particularmente los polímeros vítreos presentan excelentes propiedadestérmicas y mecánicas como así también adecuadas relaciones depermeabilidad y selectividad en la separación de gases. Sin embargo estosmateriales tienen también ciertas limitaciones, ya que muchas de lasaplicaciones requieren membranas más resistentes y de mejor performance.Por ello el desarrollo de nuevos materiales para membranas es un áreaimportante de investigación dentro de la cuál merece ser destacado eldesarrollo de membranas híbridas o también llamadas de matriz mixta.Estas membranas están formadas por la incorporación de un rellenoinorgánico (fase dispersa) en una matriz polimérica (fase continua).Con el objetivo de contribuir al desarrollo de nuevos sistemas polímerorellenoinorgánico, se plantea en esta tesis el estudio de membranashíbridas de polieterimida (PEI) y sílice.La PEI es un polímero vítreo y amorfo con muy buena estabilidad térmica,resistencia química y propiedades mecánicas. Por otra parte la sílice es unmaterial de gran interés en diversas tecnologías debido a su gran estabilidady fortaleza mecánica como así también por sus propiedades superficiales.La principal función de las sílices no porosas, una vez incorporadas alpolímero para conformar una membrana, radica en modificar elempaquetamiento de las cadenas poliméricas, mejorando de este modo laspropiedades de separación de membranas poliméricas vítreas comotambién sus propiedades mecánicas.2En la presente tesis se emplean dos técnicas de síntesis para la preparaciónde las membranas, que se distinguen en la metodología empleada pararealizar la incorporación del relleno. En un caso se utilizan sílicescomerciales con diferentes características superficiales, las cuales seincorporan en la matriz polimérica por dispersión de las partículasnanométricas con agitación permanente. En el segundo, se genera la sílice através de un alcóxido de silicio precursor de la misma, el tetraetoxisilano(TEOS). En este último caso las membranas se sintetizan a través delproceso sol-gel, el cual conduce a la formación de redes de sílice queinteractúan con la matriz polimérica. Se modifican diversas variables desíntesis hasta obtener membranas óptimas para su utilización en separaciónde gases, resultando más promisorias aquellas en las cuales la generacióndel relleno se realizó in situ en la solución polimérica, empleándose unagente de acoplamiento.Diversas técnicas de caracterización se emplean para describir y conocerlas propiedades de las membranas sintetizadas. Entre ellas puedemencionarse Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) para determinar latemperatura de transición vítrea (Tg) y Análisis Termogravimétrico (TGA)para conocer la temperatura de degradación y el contenido de sílice de lasmembranas preparadas por la técnica sol-gel. Con Microscopía Electrónicade Barrido (MEB) se obtienen micrografías de la sección transversal ysuperficie, permitiendo conocer el tipo de morfología presentado por lasmembranas híbridas y con Análisis de Rayos X por Dispersión de Energías(EDS) se verifica la presencia de sílice en las mismas. UtilizandoEspectroscopia de Infrarrojo se identifican los grupos funcionales presentesen los materiales precursores empleados, como también las interaccionesexistentes entre los mismos en las nuevas membranas sintetizadas. Seensayan asimismo Propiedades Mecánicas de Tracción y finalmente serealiza el estudio de permeación de gases.3Se realiza un estudio comparativo de los resultados obtenidos de lascaracterizaciones entre las membranas híbridas preparadas por dispersión ypor sol-gel y la membrana polimérica sin relleno. En lo que respecta a losestudios de permeación de gases se analiza la permeabilidad de gases talescomo H2, N2, O2, CO2 y CH4, estudiando la selectividad de pares de losmismos, poniendo especial interés en la mezcla CO2/CH4.