Desarrollo de una herramienta de predicción de morfología de membranas sintetizadas por inversión de fases inducida por un no-solvente

Abstract

Las membranas poliméricas funcionalizadas se emplean en múltiples aplicaciones donde se requiere unas características morfológicas determinadas. La síntesis de membranas por inversión de fases inducida por un no solvente se emplea tanto a nivel industrial como a escala laboratorio. Sin embargo, la selección de las variables de proceso se basa en ensayos de prueba y error, experiencia previa y literatura, lo cual consume tiempo y recursos, y genera residuos. Es por ello que está tesis investiga el desarrollo de herramientas matemáticas basadas en la termodinámica y cinética de la inversión de fases para predecir la morfología de membranas poliméricas avanzadas. La tesis se divide en tres partes: en la primera se desarrolla un profundo análisis de las técnicas de síntesis de membranas compuestas; a continuación, se expanden los modelos termodinámicos tradicionales, para finalmente acoplar la termodinámica y la cinética para predecir y validar las estructuras porosas de membranas poliméricas funcionalizadas.

Functionalized polymeric membranes are employed in multiple fields where a specific membrane morphology is required. The synthesis of membranes by non-solvent induced phase separation is widely used on laboratory and industrial scales. However, the process variable selection is based, up to now, on trial-and-error, previous experience, and literature information, which are time and economy source-consuming as well as generate residues. Therefore, this thesis investigates the development of decision tools based on thermodynamic and kinetic concepts to predict the morphology of advanced polymeric membranes. This thesis is divided into three parts: the first addressed a deep analysis of the techniques used to synthesize functionalized polymeric membranes; the second developed an expansion of the traditional thermodynamic models. Finally, in the third part, thermodynamics is coupled with the kinetic model to predict porous structures of functionalized polymeric membranes.