Desarrollo de un sistema de separación de gases mediante membranas híbridas polímero - zeolita

Franco Segura, Araceli
Gorgojo Alonso, Patricia (dir.)

Téllez Ariso, Carlos (ponente)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2011
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Ingeniero Químico

Resumen: En la Industria Química existe la necesidad de separar corrientes de gases, siendo los procesos habituales muy costosos energéticamente. Actualmente se están estudiando alternativas menos costosas como la utilización de membranas poliméricas. El grupo CREG de la Universidad de Zaragoza, está desarrollando membranas híbridas polímero-zeolita, que mejoran las propiedades separativas, haciéndolas mucho más competitivas frente a los métodos empleados habitualmente. En este proyecto se ha estudiado la separación de la mezcla H2/CH4, una mezcla muy interesante debido a la emergente economía del hidrógeno, mediante la utilización de membranas híbridas fabricadas con polímeros comerciales de polisulfona y poliimida y la zeolita Nu-6(2) de alta área superficial, sintetizada por el grupo CREG, cuyos tamaños de poro permiten el paso de moléculas de H2 pero discriminan las de CH4. Para ello se ha realizado el diseño y la puesta a punto del un sistema de separación de la mezcla binaria de gases H2/CH4, que incluye la utilización de un microcromatógrafo de gases en línea, en el cual se han analizado las propiedades separativas de las membranas mixtas fabricadas. Además, estas membranas se han caracterizado mediante análisis termogravimétrico, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido y de transmisión, microscopía óptica y calorimetría diferencial de barrido. Se ha concluido que se pueden preparar con éxito membranas híbridas con los polímeros comerciales Udel® y Matrimid® y la zeolita Nu-6(2) de alta área superficial, las cuales presentan una buena adherencia entre el material inorgánico y los polímeros empleados debido a la naturaleza hidrofóbica de la zeolita. Se ha observado que para bajos porcentajes en peso de zeolita se obtiene una distribución homogénea de ésta en la matriz polimérica (sección transversal y horizontal), y que al aumentar los porcentajes se produce una ligera deposición de las partículas en la parte inferior de las membranas. El sistema de separación de gases diseñado permite determinar con éxito los valores de permeabilidad de H2 y CH4 y selectividad H2/CH4 de las membranas preparadas. Las membranas híbridas de Udel® preparadas con porcentajes de zeolita Nu-6(2) exfoliada de hasta un 8% en peso muestran un aumento de la selectividad con respecto al polímero puro para la mezcla H2/CH4 sin una gran reducción en la permeabilidad de H2. Se obtiene un valor máximo de selectividad de 89 para las membranas preparadas con un 15% en peso, en estas la permeabilidad de H2 aumenta, mientras que la permeabilidad de CH4 se mantiene prácticamente constante. En el caso de las membranas de Matrimid® de hasta un 8% en peso de carga adicionada se observa una disminución de las permeabilidades de H2 y CH4 con respecto a la poliimida pura, obteniéndose el máximo valor de selectividad (160) para este porcentaje. En las membranas preparadas con 15% en peso, se produce un aumento tanto de la permeabilidad de H2 como la de CH4, obteniéndose valores de selectividad similares a los del polímero puro. Adicionando porcentajes menores de carga inorgánica se obtienen valores de selectividad H2/CH4 mayores en el caso de las membranas híbridas de Udel® y similares en las membranas híbridas de Matrimid® comparados con los publicados por otros autores.

Palabra(s) clave (del autor): membranas mixtas ; separación de mezclas de gases ; zeolita ; hidrógeno ; metano

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera