Membranas funcionalizadas selectivas con configuración de fibra hueca para separaciones moleculares en fase fluida

Abstract

Resumen en español: Esta Tesis explora el uso de la tecnología de membranas como alternativa para dos procesos industriales de separación críticos: la separación de oxígeno y nitrógeno, y la deshidratación de disolventes. Los métodos tradicionales utilizados son eficaces, pero consumen mucha energía y, en un mundo que avanza hacia la sostenibilidad energética, los procesos basados en membranas como la permeación de gases y la pervaporación son una solución prometedora. Se han fabricado membranas en configuración plana y de fibra hueca mediante las técnicas de evaporación de disolventes, “spinning” y ”dip-coating” utilizando materiales como Matrimid, PVA, PDMS y PVDF, seleccionados por sus propiedades selectivas. Para la separación de oxígeno y nitrógeno, las membranas de fibra hueca basadas en Matrimid con ZIF-8 consiguieron una permeabilidad mejorada y una selectividad competitiva. En pervaporación, las membranas de fibra hueca híbridas desarrolladas combinando Matrimid y PVA lograron un excelente factor de separación. Las membranas de fibra hueca fabricadas en este trabajo mostraron un rendimiento competitivo en comparación con los datos de la bibliografía y los resultados confirman el potencial de la tecnología de membranas para sustituir a las técnicas convencionales en aplicaciones industriales clave.

This Thesis explores the use of membrane technology as an alternative for two critical industrial separation processes: oxygen and nitrogen separation, and dehydration of solvents. Traditionally used methods, while effective, are highly energy-intensive and, in a world moving towards energy sustainability, membrane-based processes such as gas permeation and pervaporation offer promising solutions. Membranes in flat-sheet and hollow fiber configurations have been fabricated by solvent evaporation, spinning and dip coating techniques using materials like Matrimid, PVA, PDMS and PVDF, selected for their selective properties. For oxygen/nitrogen separation, Matrimid based hollow fiber membranes with ZIF-8 achieved improved permeability and competitive selectivity. In pervaporation, hybrid hollow fiber membranes developed combining Matrimid and PVA achieved excellent separation factor. The hollow fiber membranes in this work showed competitive performance compared to literature data and the results underline the potential of membrane technology to replace conventional techniques in key industrial applications.