Desarrollo de membranas poliméricas modificadas por incorporación de nanopartículas fototérmicas para mitigación de polarización por temperatura en proceso de destilación por membrana

Abstract

La destilación por membrana (MD) es un proceso de separación que, utilizando la diferencia de presión de vapor a través de una membrana hidrofóbica como fuerza motriz, permite obtener un permeado de agua ultrapura y un rechazo de sales y metales concentrados que pueden ser revalorizados. La MD se ve afectada por polarización por temperatura (TP), fenómeno que provoca una baja eficiencia del proceso. Para mitigar la TP, el uso de membranas fototérmicas, capaces de transformar la luz en calor y localizarlo en su superficie, es una de las alternativas más prometedoras. Luego, el presente trabajo tiene como objetivo la síntesis, caracterización y evaluación del efecto fototérmico de membranas poliméricas de PVDF modificadas por la incorporación de nanopartículas (NPs) fototérmicas en concentraciones de 0,5, 1,0 y 2,5%p/p mediante el método de inversión de fases. Para cumplir lo anterior se estudian NPs de plata (Ag), óxido de cobre (CuO) y dióxido de estaño (SnO2) de origen comercial, mediante las técnicas DRX, FTIR, DLS, FESEM, DRS y pruebas fototérmicas. Como principal resultado se obtuvo que las NPs de Ag tiene un efecto fototérmico despreciable; las NPs de CuO se activan en los rangos UVC e IR y las NPs de SnO2 presentan efecto fototérmico desde el rango UVC al Visible. Ante esto, en las membranas de destilación solo se incorpora las NPs de CuO y SnO2. Las membranas sintetizadas fueron analizadas por DRX y FTIR, corroborando la incorporación de las NPs en éstas. Micrografías SEM de las membranas indica que la modificación aumenta su tamaño de poro, lo que podría ser beneficioso para el proceso de MD en términos de permeabilidad. Por AFM se obtiene que la rugosidad de las membranas disminuye con el aumento de carga de NPs, asociado al método de síntesis. Mediciones de ángulo de contacto indican que la modificación con NPs no influye en la hidrofobicidad de las membranas. En cuanto al efecto fototérmico, como principal resultado se obtiene que las membranas modificadas con 2,5%p/p de CuO y SnO2 son capaces de aumentar la temperatura del medio 1,8 y 5,0°C más que una membrana blanco, en los rango UVC y UVA-Visible, respectivamente. El mejor comportamiento de las NPs de SnO2 puede ser atribuido a la menor aglomeración que presentan dichas NPs en comparación a las de CuO, según lo obtenido en el análisis EDX de las membranas. Finalmente, se concluye que la modificación con NPs de CuO y SnO2 permite obtener membranas fototérmicas sin afectar negativamente las propiedades morfológicas de las membranas. Se recomienda que el material desarrollado en este trabajo sea puesto a prueba en una planta de MD, para conocer su desempeño en términos de recuperación de agua ultrapura.