Método de separación por tamizado
La investigación de la contaminación ambiental por polímeros sintéticos y sus efectos es una disciplina de investigación en rápido desarrollo. Sin embargo, especialmente si se tiene en cuenta la detección de partículas pequeñas, la separación de las partículas de plástico de la matriz de la muestra sigue siendo un reto importante. El aislamiento de las partículas de plástico requiere la eliminación de la matriz natural de la muestra, compuesta por sustancias orgánicas minerales y biogénicas. El método de digestión óptimo para las respectivas muestras elimina la materia orgánica biogénica en la medida de lo posible, preservando al mismo tiempo las partículas objetivo de polímeros sintéticos. Para ello se aplica la digestión química con ácidos, bases y agentes oxidantes y enzimas.
Varios estudios abordan una comparación de diferentes métodos de digestión para optimizar la eficiencia de la destrucción de la materia orgánica biogénica (Nuelle et al., 2014; Cole et al., 2015; Dehaut et al., 2016; Enders et al., 2017; Karami et al., 2017; Herrera et al., 2018; Hurley et al., 2018; Munno et al., 2018; Prata et al., 2019; Duan et al., 2020).
Cribado
Se fabricaron finas membranas de tamiz molecular de carbono (<500 nm) en el interior de tubos de acero inoxidable de geometría larga (9 pulgadas) y construcción totalmente soldada. Se utilizó una capa intermedia de alúmina sobre el soporte poroso del tubo de acero inoxidable para reducir el tamaño efectivo de los poros del soporte y proporcionar una rugosidad superficial más uniforme. A continuación, se recubrió la solución de resina fenólica Novolac en el interior del tubo de acero inoxidable poroso mediante colada por deslizamiento mientras se controlaban sus viscosidades de 5 centipoises a 30 centipoises. La carbonización se llevó a cabo a 700 °C en la que se minimizó el estrés térmico y se prepararon películas de carbono de alta calidad. Las características de rendimiento de separación más altas se obtuvieron utilizando soluciones de resina fenólica de 20 cP. Los CMSM fabricados mostraron un buen factor de separación para He/N2 462, CO2/N2 97 y O2/N2 15,4. Al reducir la viscosidad de la solución de precursor polimérico de 20 cP a 15 cP, los valores de permeabilidad al gas casi se duplicaron con un factor de separación algo menor para He/N2 156, CO2/N2 88, y O2/N2 7,7.
Proceso de cribado
Los materiales microporosos con un tamaño de poro inferior a 2 nm son prometedores para una amplia gama de aplicaciones, en la sorción y el almacenamiento de gases, la separación de gases, los tamices moleculares, la catálisis, la detección y el almacenamiento de energía. La fabricación de materiales microporosos en forma de membranas resulta aún más atractiva para las separaciones moleculares, ya que la tecnología de separación por membranas es más eficiente desde el punto de vista energético que las tecnologías convencionales de separación molecular, como la destilación criogénica y la absorción.
Las estructuras ordenadas, como la zeolita (NPL 1-2, artículo sobre zeolitas), y las estructuras metal-orgánicas (MOFs) (NPL 3-6, artículo sobre MOFs), se ensamblan a partir de bloques de construcción en cristales homogéneos con una arquitectura porosa-marco definida con precisión. Sin embargo, estos marcos cristalinos suelen ser frágiles y presentan dificultades para su fabricación hasta convertirse en membranas de separación a gran escala.
Por el contrario, las membranas industriales, procesables en solución y selectivas, están hechas de polímeros densamente empaquetados en los que el transporte de moléculas sigue un mecanismo de difusión en solución, y presenta un compromiso entre permeabilidad y selectividad (NPL 7, Freeman, Upper bound, 1999), conocido como límite superior (NPL 8, Robeson’s upper bound, 1991, 2008). Los polímeros convencionales se empaquetan eficazmente con un bajo volumen libre en la matriz, donde las moléculas se disuelven en el polímero y se difunden lentamente a través del volumen libre. Por lo tanto, el transporte molecular a través de estos polímeros es muy lento, dando una permeabilidad al gas considerablemente baja que limita la aplicación a gran escala de los procesos de separación por membrana.
Generación de nitrógeno con tamiz molecular de carbono
ResumenLas membranas poliméricas de alto rendimiento para la separación de gases son atractivas para las separaciones a nivel molecular en los procesos químicos, energéticos y medioambientales a escala industrial. Los materiales de tamiz molecular se consideran ampliamente como las membranas de próxima generación para lograr simultáneamente una alta permeabilidad y selectividad. Sin embargo, la mayoría de las membranas poliméricas de tamiz molecular se basan en unos pocos polímeros procesables en solución, como los polímeros de microporosidad intrínseca. Aquí presentamos una estrategia de reticulación in situ para la preparación de membranas de tamiz molecular polimérico con porosidad jerárquica y personalizable. Estas membranas demuestran un rendimiento excepcional como tamices moleculares con altas permeabilidades de gas y selectividades para moléculas de gas más pequeñas, como el dióxido de carbono y el oxígeno, sobre moléculas más grandes como el nitrógeno. Por lo tanto, estas membranas tienen potencial para la separación de gases a gran escala de importancia comercial y medioambiental. Además, esta estrategia podría constituir una posible alternativa a los métodos “clásicos” de preparación de membranas porosas y, en algunos casos, la única vía sintética viable para obtener determinadas membranas.