Transcript INCREMENTO DE LA SELECTIVIDAD Y LA PERMEABILIDAD DE CO / CH

Grupo de Superficies y
Materiales PorososValladolid-España
INCREMENTO DE LA SELECTIVIDAD Y LA PERMEABILIDAD DE
CO2/ CH4 EN MEMBRANAS DE MATRIZ MIXTA CON
NANOPARTÍCULAS DE ALÚMINA DE SUPERFICIE FUNCIONALIZADA
Universidad Nacional del
Comahue-Argentina
1
Síntesis de membranas
POLÍMERO
NANOPARTÍCULAS
INORGÁNICAS
MEMBRANAS COMPUESTAS DE
MATRIZ MIXTA (MCMM)
OBJETIVO: MEJORAR PARÁMETROS DE PERMOSELECTIVIDAD
DURANTE LA SEPARACIÓN
2
POLIIMIDA
Estructura química de la unidad repetitiva
O
F3 C
CF 3
O
CF 3
N
N
CF 3
O
O
 Gran volumen
libre
 Estable a lo
largo del tiempo
 Buena
permeabilidad
 Excelentes propiedades
mecánicas y térmicas
3
NANOPARTÍCULAS
a
γ-Al2O3
c
γ-Al2O3
b
γ-Al2O3
Estructura química activa en la superficie de las
partículas: a) γ-alúmina, b) partículas
silanizadas c) partículas con PVP
4
Cadenas de
Red de
γ-Al2O3
Partículas
de γ-Alúmina
γ-Al2O3
Partículas
Silanizadas
PVP
Silanos
γ-Al2O3
Partículas
con PVP
Esquema de la estructura de las partículas empleadas
como relleno para las MCMM
5
Tamaño: Cálculos a partir de la
densidad de cada material
Tratamiento
Partículas de
Alúmina
Silanizadas
Cubiertas con PVP
dp (nm)
39.72
51.20
177.4
6
APLICACIONES: MEZCLAS CO2 / CH4
Resultados Experimentales aplicando el método de Time-lag
Determinación
Directa
Permeabilidad (P)
Determinación
Indirecta
Difusividad (D) y
Solubilidad (S)
P  D·S
7
Medidas de pemeabilidad
9
7
A/D 8
6
3
2
1
5
4
8
Presión de Alta (bar)
3.00
Estado
Estacionario
dp/dt
Zona de Baja Presió
0.00
0
500
t0
20000 25000
t (s)
9
Esquema de las distintas zonas por las que puede pasar la molécula de gas
al atravesar la membrana en función del tipo de relleno usado para fabricar la
MCMM
10
FACTORES QUE MODIFICAN LA
PERMEABILIDAD Y LA SELECTIVIDAD DE UN
GAS EN MEMBRANAS MIXTAS
Efectos del agregado de nanopartículas





Actuación como inertes :Aumento de tortuosidad
Propiedades permoselectivas inherente al gas
permeante
Modificación de las propiedades del polímero en
contacto
Creación de una interfase
Variación en el volumen libre del polímero
11
RESULTADOS
Membrana
6F6F
6F6F+Part Al2O3
6F6F+Part silaniz
6F6F+PVP
P(barrer)
D(cm2/s)108
S(cm3(STP)/cm3atm)
CO2
45,88
2,29
15,24
CH4
1,14
0,28
3,13
70,06
3,40
15,65
Gas
CO2
α(CO2/CH4)
40,1
47,0
CH4
1,49
0,36
3,15
CO2
52,10
2,22
17,81
53,2
CH4
0,98
0,26
2,88
CO2
69,92
3,57
14,90
46,3
CH4
1,51
0,38
3,026
12
DIAGRAMA TIPO ROBESON
P (CO2 )
P (CH 4 )
(adimensional)
100
 (CO2/CH4)
  P 
ROBESON
(2008)
6F6F
6F6F+Part Al2O3
6F6F+Part Silaniz
6F6F+PVP
Alta rentabilidad
comercial
ROBESON
(1991)
100
P (CO2) (Ba)
13
DIAGRAMA TIPO ROBESON representado la
variación porcentual de las distintas
selectividades
35
P vs PCO2
30
D vs PCO2
D(CO2 )
D 
D(CH 4 )
20
%
S vs PCO2
6F
6F
+P
art
Sil
an
iz
25
15
O3
Al 2
t
r
a
F+P
6
F
6
10
S (CO2 )
S 
S (CH 4 )
PVP
+
F
6F6
5
0
-10
0
10
20
30
%P (CO2)
40
50
60
14
OBSERVACIONES
c
γ-Al2O3
γ-Al2O3
Para las membranas con partículas de alta
Polaridad, debido a los grupos presentes en la
superficie (grupos carbonilo para las partículas
con PVP y grupos óxido en las partículas de
alúmina) el Mecanismo de transporte modificado
para el CO2 es el
difusivo
15
γ-Al2O3
Para las membranas con partículas con
pocos grupos polares (silanizadas) el
Mecanismo de transporte modificado es el
de solubilidad
16
CONCLUSIONES



En un polímero de altas prestaciones permoselectivas
como es el caso del 6F6F la introducción de
nanopartículas puede mejorar de forma significativa las
propiedades de las membranas.
Las variaciones en las propiedades de permeación
dependen de la naturaleza de las partículas empleadas
y de los gases a separar.
El empleo de partículas de tamaño nanométrico de γalúmina, γ-alúmina silanizada y γ-alúmina-PVP en el
polímero,
mejora
de
forma
significativa
la
permeabilidad y la selectividad para la pareja de gases
CO2/CH4 .
17



El análisis de todas las propiedades de permeación
(permeabilidad, difusividad y solubilidad) parecen
indicar que cuando la interfase partícula polímero
posee grupos polares se incrementa preferentemente la
difusividad del gas más polar (CO2) y cuando la
interfase es más neutra se incrementa la solubilidad.
Según varios autores las membranas de 6F6F son de
gran interés para aplicaciones industriales.
Las membranas mixtas superan los límites de Robeson,
indicando un gran potencial en su aplicación.
18