Membranas multivariadas de marco metálico-orgánico para la separación de CO2 y CH4

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Tecnología de separación

Sus antecedentes:

• La tecnología de membrana ofrece una separación de gas natural con eficiencia energética.
• Las membranas inorgánicas microporosas como el silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) son prometedoras, pero sufren por la humedad y la adsorción de hidrocarburos.
• El desarrollo de membranas robustas resistentes a los contaminantes es crucial para el procesamiento industrial de gas natural.

Objetivo del estudio:

• Fabricar y caracterizar una nueva membrana MIL-160 para la separación de gas natural.
• Investigar el efecto del tamaño de los poros y la funcionalidad del ligando en el rendimiento de la membrana utilizando la química reticular.
• Evaluar el rendimiento de las membranas MIL-160/CAU-10-F funcionalizadas con flúor y compararlas con las membranas SAPO-34 existentes.

Principales métodos:

• Síntesis hidrotermal in situ de membranas policristalinas MIL-160 en un sustrato de Al2O3.
• Fabricación de membranas MIL-160/CAU-10-F funcionalizadas con fluoruro.
• Pruebas de rendimiento de la separación de gases, incluidas las mediciones de selectividad de CO2/CH4 y de permeancia de CO2.
• Evaluación de la resistencia de la membrana al vapor de agua y a los hidrocarburos.

Principales resultados:

• Se fabricó con éxito una membrana MIL-160 de 3 μm de espesor que presentaba un efecto de tamizado molecular significativo.
• La química reticular permitió un control preciso sobre el tamaño y el entorno de los poros de la membrana MIL-160.
• La membrana funcionalizada con flúor MIL-160/CAU-10-F mostró un aumento del 10,7% en la selectividad de CO2/CH4 y un aumento del 31,2% en la permeabilidad de CO2 en comparación con MIL-160.
• Tanto las membranas MIL-160 como las MIL-160/CAU-10-F demostraron una resistencia superior al vapor de agua y a los hidrocarburos en comparación con las membranas SAPO-34.

Conclusiones:

• Las membranas MIL-160 son efectivas para la separación de gas natural con propiedades sintonizables a través de la química reticular.
• La funcionalización del flúor mejora el rendimiento de separación de CO2/CH4 y la permeabilidad de CO2.
• Estas nuevas membranas hidrofóbicas ofrecen una mejor estabilidad y rendimiento en presencia de contaminantes, superando a las membranas hidrofílicas SAPO-34.