Nanoláminas en matrices poliméricas

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han desarrollado una nueva tecnología de separación de gases mediante membranas con numerosas aplicaciones en múltiples sectores industriales.

Las membranas de compuestos ultrafinos (o nanoláminas) son nanoestructuras de dos dimensiones con un gran potencial como componentes funcionales en campos como la optoelectrónica, el almacenamiento de energía y la separación de gases; y el empleo de compuestos metal-orgánicos (MOFs por sus siglas en inglés) altamente porosos en su preparación podría ampliar notablemente el alcance de su funcionalidad.

Los MOFs son compuestos con presencia de enlaces entre átomos de metal y moléculas orgánicas con abundantes aplicaciones industriales. Sin embargo, sintetizar MOFs en forma de nanoláminas auto soportadas resulta muy complicado.

La solución, incorporar la nanolámina a una matriz polimérica

Avelino Corma, investigador del ITQ y reciente ganador del Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2014, explica que "lo que hemos hecho, para solucionar el problema del soporte de la nanolámina de MOFs, ha sido incorporarla en una matriz polimérica. Las pruebas de tomografía posteriormente realizadas, empleando el microscopio de haz de iones focalizados, han revelado que el material mixto resultante posee unas propiedades excelentes para la separación de gases, así como un inusual y altamente beneficioso aumento de la selectividad de separación con la presión".

Francesc Llabrés, también científico del ITQ, añade que "nuestro enfoque para la síntesis de nanoláminas de MOFs en matrices poliméricas se puede ampliar a otras estructuras de MOFs, abriendo nuevas posibilidades para la creación de materiales compuestos ultrafinos con aplicaciones en numerosos sectores industriales".

Ventajas frente a tecnologías alternativas como la destilación criogénica, la condensación o la absorción con aminas

El uso de membranas para la separación de gases presenta una serie de ventajas frente a otras tecnologías alternativas, como la destilación criogénica, la condensación o la absorción con aminas que, por lo general, requieren un cambio de fase de gas a líquido de la mezcla de gases que se quiere separar, lo que supone un coste energético adicional muy importante.

Además, el uso de membranas para separación de gases permite construir unidades de menor tamaño que el de otro tipo de instalaciones, como las de extracción con aminas, por lo que su impacto ambiental es también menor.

A partir de este nuevo descubrimiento, se ha conseguido desarrollar un método sencillo para la preparación de membranas mixtas ultrafinas que combinan, de forma muy eficiente, la selectividad de forma impuesta por las nanoláminas de MOFs y la facilidad de procesado del componente polimérico.

Publicado por Nature Materials

En este trabajo, liderado por el CSIC y publicado esta semana en la revista Nature Materials, también han participado investigadores de los grupos Catalysis Engineering del Kavli Institute of Nanoscience de la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos) y del Max Planck Institut für Kohlenforschung (Alemania).

• Nature Materials (publicación)
• Web oficial ITQ