Captura de CO2 en mezclas de pre-combustión mediante membranas mixtas de polímero-MOF

Veiga Redondo, Adrián
Coronas Ceresuela, Joaquín (dir.) ; Sanchez Lainez, Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Graduado en Ingeniería Química

Resumen: La investigación realizada como Trabajo Fin de Grado del Grado en Ingeniería Química en la Universidad de Zaragoza, se resume en la memoria de “Captura de CO2 en mezclas de pre-combustión mediante membranas mixtas de polímero-MOF”. Las tareas de investigación se han desarrollado en los laboratorios del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA), dentro del grupo Catálisis, Separaciones moleculares e Ingeniería del Reactor (CREG) que posee el Departamento de Ingeniería Química y Medio Ambiente de la Universidad de Zaragoza. El objetivo principal de este trabajo es la fabricación de membranas densas autosoportadas selectivas a la permeación de la mezcla gaseosa H2/CO2. Los materiales elegidos para este propósito ha sido los MOFs (metal organic frameworks) ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework–8) y MIL-140A. Estos MOFs presentan una estructura cristalina microporosa con aperturas de poros de 0,34 y 0,38 nm respectivamente, lo que los hace unos materiales propicios para la separación de dichos gases por un mecanismo de tamizado molecular. En cuanto a la matriz polimérica, se ha elegido polibencilimidazol (PBI), un polímero con propiedades también ventajosas en la separación de esta mezcla gaseosa. La combinación de los MOFs (o de, en general, otros rellenos) y los polímeros da lugar a las llamadas membranas de matriz mixta (mixed matrix membranes, MMMs). Las membranas se han caracterizado posteriormente mediante las técnicas analíticas más adecuadas (SEM, XRD, TGA, FTIR, DSC) y mediante ensayos de separación de una mezcla gaseosa equimolar de H2 y CO2 a distintas presiones de alimentación y temperaturas. El tratamiento térmico a 130 ºC era necesario para la activación de las membranas. Superar este valor, hubiera supuesto podía volver a las membranas frágiles y difíciles de procesar. El aumento de la temperatura ha tenido un efecto favorable sobra la separación de gases, mejorando el rendimiento de las MMMs, mientras que el aumento de la presión resultó desfavorable para la selectividad H2/CO2 y no tenía prácticamente ningún efecto sobre la permeabilidad. Finalmente se han comparado los resultados obtenidos para cada MOF y se han conseguido unos resultados de permeoselectividad positivos, especialmente con las membranas de ZIF-8 llegando a alcanzarse una permeabilidad de 447 Barrer junto con una selectividad H2/CO2 de 7,2.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado