Membranas poliméricas de marco aromático poroso generalizables para separaciones de gases mejoradas por difusión

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Ciencia de la separación

Sus antecedentes:

• Los procesos de separación industrial consumen una cantidad sustancial de energía a nivel mundial (10-15%).
• Las tecnologías de membrana existentes requieren un mejor rendimiento y estabilidad para un amplio uso industrial.
• Las membranas de matriz mixta ofrecen potencial para una mayor separación de gases, pero se enfrentan a desafíos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia generalizable para la creación de membranas de separación de gases de matriz mixta de alto rendimiento.
• Mejorar el rendimiento de separación de gases y la estabilidad a largo plazo más allá de las capacidades actuales de la membrana polimérica.
• Para abordar los problemas de plastificación que obstaculizan la comercialización de las membranas de separación de gases.

Principales métodos:

• Incorporación de partículas de marco aromático poroso robusto (PAF, por sus siglas en inglés) en matrices de polímeros comerciales.
• Prueba de las membranas compuestas para el rendimiento de separación de gases con diversas mezclas de gases industriales (CO2/N2, O2/N2, He/CH4, H2/N2, C2H4/C2H6).
• Evaluación de la estabilidad de la membrana en condiciones simuladas de gases de combustión durante 6 años.
• Funcionalizando los PAF con poliaminas para mejorar las propiedades anti-plastificación.

Principales resultados:

• Las membranas compuestas exhibieron permeabilidades de gas significativamente mejoradas (hasta el 520%) en diversas mezclas de gases.
• Las selectividades de membrana se mantuvieron en gran medida sin cambios incluso después de 6 años de envejecimiento.
• La alta porosidad, la compatibilidad química y las propiedades únicas de las partículas de PAF impulsaron mejoras en el rendimiento.
• Los PAF funcionalizados con poliaminas condujeron a membranas con alta resistencia a la plastificación.

Conclusiones:

• La estrategia desarrollada ofrece un enfoque generalizable para las membranas de separación de gases de matriz mixta de alto rendimiento.
• Las membranas basadas en PAF son prometedoras para la separación de gases industriales con eficiencia energética y mayor estabilidad.
• La dispersibilidad de las partículas de PAF en disolventes comunes sugiere una amplia aplicabilidad en el diseño de membranas.