Estudio del efecto de nanopartículas de silica funcionalizadas con grupos amino en las propiedades funcionales de membranas preparadas a partir de poli(éter éter sulfona) sulfonado

Abstract

En este trabajo de grado se estudió el efecto de la incorporación de nanopartículas de sílica tipo MCF (siglas en ingles de mesocellular foam) funcionalizadas con grupos amino, sobre las propiedades funcionales de membranas preparadas a partir de poli (éter éter sulfona) sulfonado (sPEES). Para este estudio se prepararon nanopartículas de silica tipo MCF y se funcionalizaron con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) para obtener grupos amino en su estructura. Estas partículas fueron caracterizadas a través de absorción de nitrógeno para determinar sus propiedades porosas y para verificar la incorporación de los grupos amino por Espectroscopía infrarroja (FTIR), la caracterización térmica se realizó por análisis termogravimetico (TGA), y se hicieron medidas de potencial ζ, (Z) con el fin de verificar la presencia de grupos amino en la estructura de la sílica. Por otro lado, se llevó a cabo la síntesis del polímero y su caracterización se realizó a través de FTIR, y 1H NMR. Posteriormente se prepararon membranas de poli (éter éter sulfona) sulfonado, de 0%-Si y con material inorgánico de 5%-Si, a través del método de evaporación del solvente. Finalmente, las propiedades funcionales de las membranas fueron evaluadas por medio de la capacidad de intercambio iónico (IEC), porcentaje de retención de agua (RA), el cual se determinó a 3 temperaturas 25, 50 y 80 °C, la conductividad protónica también se evaluó a las temperaturas anteriores, estas medidas se llevaron a cabo ex situ, en una celda que permitió medir la conductividad a través del plano. Este último parámetro se comparó con relación a una membrana de Nafión® 117, encontrándose que la membrana sPEES al 5% de-Si, tienen un alto potencial, como alternativa en el campo de membranas para ser usadas en celdas de combustible a diferentes temperaturas.In this grade work the effect of the incorporation of MCF-type silica nanoparticles (mesocellular foam) functionalized with amino groups on the functional properties of membranes prepared from sulfonated poly (ether ether sulfone) (sPEES) was studied ). For this study, MCF-type silica nanoparticles were prepared and functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) to obtain amino groups in their structure. These particles were characterized through nitrogen absorption to determine their porous properties and to verify the incorporation of the amino groups by infrared spectroscopy (FTIR), thermal characterization was performed by thermogravimetic analysis (TGA), and potential measurements were made ζ , (Z) in order to verify the presence of amino groups in the structure of the silica. On the other hand, polymer synthesis was carried out and its characterization was carried out through FTIR, and 1H NMR. Subsequently, sulfonated poly (ether ether sulfone) membranes, 0% -Si and with 5% -Si inorganic material were prepared, through the solvent evaporation method. Finally, the functional properties of the membranes were evaluated by means of ion exchange capacity (IEC), water retention percentage (RA), which was determined at 3 temperatures 25, 50 and 80 ° C, the proton conductivity also It was evaluated at the previous temperatures, these measurements were carried out ex situ, in a cell that allowed to measure the conductivity through the plane. This last parameter was compared with respect to a Nafion® 117 membrane, and it is found that the sPEES membrane at 5% de-Si, has a high potential, as an alternative in the field of membranes to be used in fuel cells at different temperatures