Synthesis and development of high-performance composite polymer membranes for CO₂ capture

Para abordar los desafíos asociados al cambio climático y al calentamiento global, los procesos de separación mediante membranas se consideran soluciones industriales innovadoras. Entre los diferentes materiales poliméricos empleados en membranas, las membranas de matriz mixta (MMM, por sus siglas en inglés) resultan altamente prometedoras para la captura de CO₂. En este trabajo, se seleccionó como nueva matriz polimérica elastomérica un poli(urea-imida) segmentado con un alto contenido de poli(óxido de etileno) (70 % en peso), el cual fue dopado con la estructura metal-orgánica ZIF-8. La introducción de esta nueva matriz polimérica, junto con la optimización del método de “preacondicionamiento” (priming), permitió alcanzar cargas de ZIF-8 excepcionalmente elevadas, hasta un 70 % en volumen. Se emplearon diversos métodos fisicoquímicos para estudiar la influencia de las interacciones entre el relleno y el polímero sobre la morfología de la membrana. Las propiedades de permeación de CO₂ y N₂ se evaluaron mediante mediciones de time-lag para gases puros, bajo condiciones estándar de captura postcombustión de CO₂ (2 bar y 35 °C). Se obtuvieron resultados muy prometedores para la carga más alta de ZIF-8 (70 % vol), con un incremento significativo en la permeabilidad al CO₂ (PCO₂ = 471 Barrer, equivalente a un aumento de 8.5 veces en comparación con el polímero sin modificar) y una selectividad ideal relativamente alta (αCO₂/N₂ = 30.2). El modelado del desempeño de las MMM se llevó a cabo exitosamente mediante el modelo de Maxwell, logrando un buen ajuste incluso para contenidos elevados de ZIF-8 (hasta 60 % vol).