Nuevo método de determinación de la fracción de volumen libre en membranas poliméricas por adsorción de gases

Abstract

En este trabajo se analizaron membranas poliméricas a través de medidas de adsorción. Se usaron dos gases como adsorbatos: CO2 a 273.15 K y N2 a 77 K. Las membranas usadas en el estudio son de matriz mixta (MMMs) fabricadas con dos matrices poliméricas distintas (copolyamides-copoly-o-hydroxyamide y copoly-ohydroxyamide- amide) con distintos porcentajes de relleno de PPN1 (Polymer Porous Network: tripticeno+isatina). Dichas membranas también se trataron térmicamente para producir un reordenamiento térmico (TR-MMMs), por lo tanto fueron cuatro los materiales a analizar: las membranas poliméricas puras y las membranas de matriz mixta, en ambos casos antes y después del tratamiento térmico. A partir de las medidas de adsorción y aplicando la teoría del funcional de la densidad no local (NLDFT) se obtuvieron las distribuciones de tamaño de poro. Al utilizar dos adsorbatos, se pudieron detectar distintos rangos de tamaño de poro bien diferenciados. Con el dióxido de carbono se encontraron tres grupos de poros entre 3˚A y 15˚A de diámetro, mientras que con nitrógeno se estudió el rango entre 20˚A y 250 ˚A. Los volúmenes de poros estimados a través del volumen adsorbido, junto a las medidas de densidad, permitieron implementar un nuevo método para calcular la fracción de volumen libre (FFV) exclusivamente a partir de datos experimentales. Los resultados obtenidos concuerdan satisfactoriamente con los métodos convencionalmente empleados. Hemos encontrado así un método rápido para evaluar la fracción de volumen libre, la cual es una magnitud fundamental en el estudio de las propiedades de transporte de gas en las membranas poliméricas, estando fuertemente relacionada a la permeabilidad. Además, las medidas con N2 permitieron detectar fracturas e imperfecciones en la estructura que falseaban la medida; en base a dichos resultados se calculó la densidad corregida de la matriz polimérica, resultando las medidas de la fracción de volumen libre mucho más exactas.