Análisis de imágenes de AFM de membranas mixtas para separación de gases

Abstract

En este trabajo se han estudiado los cambios estructurales sufridos por membranas densas de matriz mixta para separación de gases, a las que se someten a diferentes tratamientos con plasma de Argón y de aire. Estas membranas están formadas por una matriz polimérica (6F6F-6FpDA) a las que se añaden nanopartículas inorgánicas de óxido de aluminio (y- Al2O3). Uno de los tratamientos consiste en tratar las membranas con plasma de Argón durante un tiempo de 30 minutos. En el segundo tratamiento se somete a la muestra durante 30 minutos a plasma de Argón; pasados esos 30 minutos se abre la cámara a la atmósfera, reaccionando el aire con la superficie de la muestra de polímero y, continuación, se somete de nuevo a un tratamiento de plasma de Argón, esta vez durante 60 minutos. Finalmente se realiza un tratamiento durante el cual las membranas son tratadas durante un tiempo de 60 minutos con plasma de aire a baja presión. Usando las técnicas de microscopía electrónica de barrido ambiental (ESEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM), se han analizado los cambios producidos en la rugosidad de la superficie de las membranas y se ha visualizado la distribución superficial de las nanopartículas presentes en el polímero. Los tratamientos aplicados a membranas permiten modificar propiedades como la adhesión, la hidrofilicidad o humectabilidad y en consecuencia, la selectividad de diversas mezclas de gases debido a su diferente afinidad a la superficie.

In this work, we have studied the structural changes undergound by dense mixed matrix membranes as a consequence of Argon and air plasma treatments. These membranes are formed by a polymeric matrix (6F6F-6FpDA) to which inorganic aluminum oxide (y-Al2O3) nanoparticles are added. One of the treatments consists of treating the membranes with Argon plasma during 30 minutes. In the second treatment, the membrane is subjected to Argon plasma for 30 minutes; after 30 minutes, the chamber is opened to the atmosphere, the air reacting with the surface of the polymer sample, and then it is again subjected to an Argon plasma treatment, now during 60 minutes. Finally, in the third treatment, the membranes are treated for 60 minutes with low pressure air plasma. To perform the study, an environmental scanning electron microscope (ESEM) and atomic force microscope (AFM) has been used, we have analyzed the changes produced in the surface roughness of the membranes and surface distribution of the nanoparticles in the polymer has been visualized. The treatments applied to the membranes allow modifying properties such as adhesion, hydrophilicity or wettability and consequently the selectivity of various gas mixtures as a result of their different affinity to the surface.