Los procesos de separación química en la industria suelen ser bastante costosos, y las técnicas actuales a menudo utilizan procesos de separación térmica como la destilación y la evaporación, que ahora representan del 10 al 15 por ciento del uso anual de energía del mundo. El uso de membranas de polímeros sintéticos para la separación degases y productos químicos proporcionan una solución no térmica más eficiente que tiene el potencial de reducir significativamente el consumo de energía, así como reducir la contaminación y reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Las membranas convencionales exhiben una penetración relativamente baja de gases y líquidos, lo que limita sus aplicaciones en procesos de separación a gran escala. En particular, es difícil desarrollar membranas que sean resistentes a los solventes orgánicos utilizados en los procesos de refinación petroquímica y separación química. Investigación en cursoSe están dedicando esfuerzos a desarrollar membranas más rentables y de mejor rendimiento para separaciones de gases y líquidos, con el objetivo de lograr una alta permeabilidad, alta selectividad molecular y alta estabilidad en aplicaciones prácticas.
Ahora los investigadores del Imperial College London han desarrollado un nuevo enfoque sintético para generar membranas de polímeros microporosos de alto rendimiento que tienen aplicaciones potenciales en una amplia gama de procesos de separación. Los detalles se publican en Materiales de la naturaleza .
El equipo, dirigido por el profesor Andrew Livingston del Departamento de Ingeniería Química del Imperial College de Londres, está desarrollando nuevas tecnologías para la separación de membranas, que tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria, por ejemplo, en la purificación de petróleo y gas natural,desalación, nanofiltración de solventes y captura de CO2.
Los investigadores desarrollaron un enfoque novedoso para producir membranas de polímeros al unir monómeros retorcidos para formar polímeros de red reticulados. Estos monómeros retorcidos se usaron para sintetizar una nueva clase de polímeros microporosos, conocidos como 'polímeros de microporosidad intrínseca PIM', que tienenun mayor volumen de cavidades internas. Estas cavidades permiten que la membrana sea muy permeable, mientras que el polímero de red actúa como un andamio que asegura que permanezca rígido y estable.
Utilizando un nuevo método que combina el concepto de síntesis de polímeros microporosos con una técnica conocida como polimerización interfacial, los investigadores pudieron sintetizar membranas de polímeros microporosos y controlar su espesor hasta 20 nm.
El profesor Andrew Livingston dijo: "Este trabajo informa sobre nuevos métodos de fabricación de membranas de polímeros utilizando un enfoque de diseño molecular. Somos capaces de diseñar el volumen libre, que actúa como poros en la membrana, eligiendo los monómeros utilizados para hacer que la membrana separe la capaAsí que, por primera vez, hemos logrado crear membranas interconectadas de red de polímeros en 3D en las que podemos controlar el tamaño de los poros y su conectividad. Esto significa que podemos hacer una separación más precisa entre las moléculas y a una velocidad de procesamiento más alta, haciendo más eficienteseparaciones con menor consumo de energía "
"Demostramos un enfoque simple para preparar membranas microporosas de polímeros delgados utilizando la química del poliéster aromático como ejemplo", dijo la Dra. Maria F. Jiménez-Solomon, coautora principal del estudio y asociada de investigación postdoctoral del grupo de Livingston en el Imperial CollegeLondres. "Sin embargo, el enfoque no se limita a sintetizar poliésteres, sino que ha abierto nuevas formas de sintetizar materiales de membrana utilizando una gama de moléculas contorsionadas".
"Para optimizar y ampliar el enfoque sintético, realizamos caracterizaciones extensas para comprender la estructura y las propiedades de estas membranas de polímeros, sin embargo, todavía hay muchas preguntas científicas interesantes para estudiar en el futuro", dijo el Dr. Qilei Song, coautor del artículo.autor principal, miembro investigador junior en el Departamento de Ingeniería Química del Imperial College de Londres: "Esperamos que al ajustar la estructura molecular de los polímeros en combinación con el control a nanoescala de la membrana, el rendimiento de las membranas de polímeros se puede mejorar aún más".
Las estructuras porosas de las membranas de polímeros también fueron confirmadas por simulaciones moleculares, realizadas por el Dr. Kim Jelfs, miembro de la Royal Society University Research Fellow en el Departamento de Química del Imperial College de Londres, y coautora del artículo. Ella dijo: "Los enfoques computacionales nos permiten dilucidar la naturaleza de los materiales, por ejemplo, podemos predecir la estructura del polímero y la porosidad en función de la detección computacional a gran escala de las bibliotecas de precursores ".
En el documento, los investigadores demostraron las aplicaciones de sus membranas en separaciones de gases y solventes orgánicos. Ahora planean extender este enfoque a una amplia gama de polímeros porosos diseñados para diversas aplicaciones industriales, desde la purificación y desalinización de agua, y la purificación de productos farmacéuticos, a la separación de hidrocarburos para su uso en la industria petroquímica.
"Si podemos usar membranas para separar con precisión las moléculas que se encuentran en solventes orgánicos, podemos trabajar para reemplazar los procesos de destilación y evaporación con tecnologías de separación de membrana más eficientes en energía", agregó el profesor Andrew Livingston.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Original escrito por Michael Panagopulos. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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