Permeación de Gases en Membranas Poliméricas

ROMERO ANALÍA; PARENTIS MONICA,; GONZO, ELIO EMILIO

Vaquerías - Córdoba

Jornada; I Reunión Intedisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2008

Plapiqui - CONICET

Resumen La separación y purificación de gases es una etapa muy importante en numerosos procesos industriales y el uso de membranas poliméricas para este fin es una alternativa muy atractiva. Sin embargo, estos materiales presentan algunas limitaciones que condujeron al desarrollo de membranas híbridas, que combinan las propiedades de materiales poliméricos e inorgánicos, con miras a lograr un incremento tanto en el flujo como en la selectividad. La incorporación de nanopartículas de sílice por dispersión en una solución polimérica de ULTEM 1000 realizada en trabajos anteriores, no condujo a resultados alentadores en la separación de CO2/ N2, como consecuencia de la pobre adhesión entre las fases orgánica e inorgánica. Alternativamente, en el presente trabajo se realiza la síntesis de materiales híbridos generando el relleno inorgánico in situ, a partir de TEOS (tetraetoxisilano), en la solución polimérica de ULTEM 1000 (polieterimida comercial), utilizando la técnica sol-gel. Se realiza la caracterización de las membranas empleando calorimetría diferencial de barrido (DSC), microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia de IR (FTIR). Se evalúa el desempeño de las mismas en la permeación de gases utilizando para tal fin  H2, N2, O2, CH4 y CO2 puros. La variación de los parámetros de síntesis en la técnica sol-gel conduce a morfologías significativamente diferentes, tal como lo revelan las imágenes de MEB, lo cual a su vez posee una relación directa con la permeabilidad de las membranas. Así, las membranas poliméricas sin relleno presentan una morfología densa. La  incorporación  del material inorgánico conduce, en algunos casos, a la observación de dominios de sílice aislados dentro de la matriz polimérica. Es de interés destacar que de la redisolución de éstas membranas y posterior extendido se obtienen otras con mayor uniformidad, lo cual se ve reflejado en los valores de permeabilidad. Se analiza el efecto de los coeficientes de difusión (D) y solubilidad (S) de los gases relacionando los valores de permeabilidad con el diámetro cinético de las moléculas que permean y con su temperatura crítica. Los resultados obtenidos indican, que la difusión es el factor predominante en la permeabilidad tanto en la membrana polimérica pura como en aquellas con relleno inorgánico. No se obtuvieron mejoras al incorporar la sílice en la selectividad de las membranas para determinados pares de gases de interés industrial. En forma contrapuesta, las membranas que presentan una notable falta de adhesión entre las fases, responden a un mecanismo de difusión de tipo Knudsen. Palabras Claves: (membranas híbridas, sol-gel, permeación de gases).