Síntesis y caracterización de microesferas huecas del titanosilicato microporoso ETS-10

El objetivo de este trabajo es preparar microesferas huecas del titanosilicato ETS-10 en las que el acceso al hueco interior estaría controlado por la microporosidad característica del ETS-10. Las aplicaciones futuras de este material incluyen, entre otras, la formulación de membranas híbridas titanosilicato-polímero para la separación de gases, combinando las ventajas del polímero (fácil procesado y bajo coste) con las propiedades separativas del material (alto flujo por el hueco interior y tamizado molecular en el caparazón). Estas esferas se beneficiarían de la ventaja de que el titanosilicato ETS-10, a diferencia de la silicalita-1 utilizada anteriormente con el mismo objeto, no necesita de agentes orgánicos directores de la estructura para su preparación. Esto supone un ahorro en la síntesis al no requerir de compuestos orgánicos ni de una calcinación final. La formación de esferas huecas de ETS-10 requiere varias etapas. En primer lugar se sintetizan las esferas mesoporosas de sílice (MSSs) que actúan tanto de plantilla esférica como de fuente de silicio para la formación del caparazón de ETS-10. Las MSSs se siembran con cristales de ETS-10, por lo que se tratan previamente con un policatión (PDDA) que permitirá la deposición por atracción electrostática. Por último, se añade el gel de síntesis para llevar a cabo la síntesis hidrotermal y obtener las esferas huecas de ETS-10. Los materiales obtenidos se caracterizan por diversas técnicas (SEM y TEM, EDX, XRD, adsorción-desorción de N2, DLS, potencial Z). En este trabajo se ha conseguido una optimización de la temperatura y del tiempo de síntesis del ETS-10, así como una reducción en el tamaño de los cristales a nivel nanométrico (80 nm), nunca reportados anteriormente. Estos cristales permiten en la etapa de siembra un recubrimiento homogéneo en toda la superficie de las esferas de sílice. En el tratamiento hidrotermal de las esferas sembradas se ha estudiado la influencia de la temperatura y tiempo de síntesis, de la fuente de titanio y del porcentaje de silicio aportado por las esferas. Utilizando TiCl3 como fuente de titanio, a 195oC y 48h se han consiguiendo esferas huecas con un recubrimiento parcial de ETS-10, según muestran los resultados de SEM y XRD, y con un área BET de 155 m2/g, similar a la de los cristales de ETS-10

Síntesis de Membranas Mixtas MOF-Polímero para Nanofiltración

Este trabajo busca continuar una línea de investigación ya comenzada por el grupo CREG (Catálisis, Separaciones Moleculares e Ingeniería de Reactores) referente a la optimización de membranas para el proceso de nanofiltración de disolventes orgánicos (OSN). Los objetivos principales de este proyecto se centran enla combinación de compuestos metalorgánicos porosos (MOFs) con matrices poliméricas para la formulación de membranas nanocompuestas de película delgada (TFN) y posterior utilización en el proceso OSN. En este trabajo se ha logrado incorporar nanopartículas de los materiales porosos MIL68 (Al) y ZIF-11 en membranas TFN, nunca antes utilizados con este objetivo. Además, los resultados obtenidos con estas membranas se han comparado con los de las membranas TFN con los MOFs MIL-101 (Cr) y ZIF-8, ya utilizados anteriormente por el grupo. En este caso, y a diferencia de estudios previos, los experimentos de OSN se han llevado a cabo en discontinuo. Mediante técnicas de caracterización de microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM), complementadas con otras como análisis termo-gravimétrico (TGA), isoterma de adsorción de nitrógeno (BET), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía IR (FTIRATR) y ángulo de contacto, se ha logrado verificar la correcta síntesis e incorporación de los diferentes MOFs en las membranas TFN resultantes. En el proceso de nanofiltración se ha alimentado una disolución del colorante Sunset Yellow (452 Da) en metanol. Además del efecto de los MOFs, se ha logrado comparar el funcionamiento de las membranas al modificar parámetros de síntesis que afectan al soporte poroso asimétrico de poliimida y a la capa delgada de poliamida soportada sobre él, así como al añadir postratamientos químicos con DMF a las membranas una vez formadas. Gracias a utilización de diferentes MOFs se ha logrado interpretar el efecto que tienen las diferentes propiedades de los mismos (hidrofilicidad, porosidad y agregación de las partículas) en los resultados de nanofiltración obtenidos. En todos los casos se ha observado un aumento en la permeación de MeOH con respecto a las membranas sin la adición de MOFs, manteniendo los rechazos superiores al 90 %. Ha resultado interesante la comparación del MIL-101 (Cr) con el MIL-68 (Al) y ZIF-11, ya que el primero resultó ser el más eficaz en anteriores trabajos. Este estudio ha permitido identificar nuevas mejoras, además de nuevas líneas de investigación para continuar optimizando el proceso OSN