Fabricación escalable y versátil de membranas estructurales orgánicas covalentes independientes con microestructura sintonizable para la separación molecular

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las membranas de marco orgánico covalente (COF) son prometedoras para las separaciones, la catálisis y la energía, pero la fabricación escalable es un desafío.
• Los métodos existentes carecen de eficiencia y escalabilidad para la adopción industrial de membranas de COF.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia rápida, versátil y escalable para fabricar membranas de COF independientes y flexibles.
• Demostrar la adaptabilidad de las propiedades de las membranas de COF y su rendimiento en aplicaciones de separación.

Principales métodos:

• Fabricación de membranas de COF mediante suspensiones de precursores de fundición seguidas de un tratamiento térmico bajo humedad controlada.
• Síntesis de membranas de COF ligadas a las cetoenaminas mediante el uso de 1,3,5-triformilfloroglucinol y varios monómeros de aminas.
• Caracterización de las propiedades de la membrana, incluida la resistencia mecánica, la porosidad (superficie BET) y el rendimiento de separación.

Principales resultados:

• Se logró la fabricación escalable de membranas de COF hasta dimensiones de decímetro cuadrado y espesores submicrónicos en 1 hora.
• Produjo membranas libres de grietas con alta resistencia mecánica (hasta 60 MPa de resistencia a la tracción) y alta porosidad (hasta 2226 m2 de superficie de BET).
• Se ha demostrado un excelente rendimiento de separación: >99% de rechazo de colorantes en nanofiltración y un factor de separación de 11 para H2/CO2 con alta permeabilidad de H2 (2857 GPU).

Conclusiones:

• El método desarrollado ofrece una vía escalable y eficaz para la fabricación de membranas de COF.
• Las propiedades ajustables de la membrana permiten un alto rendimiento en las tecnologías de separación molecular y de separación de gases.
• Este enfoque facilita la adopción industrial de membranas de COF para procesos de separación avanzados.