Nuevos materiales de separación de gases formados mediante conversión térmica de polímeros aromáticos a polibenzoxazoles (tr-pbo)

Resumen

En la última década, la separación de gases se ha convertido en un tema de máxima actualidad pues posee una creciente importancia en el empleo de nuevas tecnologías que permiten un desarrollo sostenible y con poco impacto medioambiental, necesidades que serán imprescindibles para mantener el bienestar actual de la sociedad en los próximos años, y que además permitan que los países no desarrollados también alcancen cotas de bienestar similares a las nuestras. La importancia de los procesos de separación de gases no sólo está en la eliminación de gases industriales que son perjudiciales para la atmósfera, sino en la recuperación de aquellos que son recursos no renovables, como por ejemplo el helio, que empiezan a escasear en nuestro planeta, y cuya desaparición tendría importantes repercusiones a nivel mundial. De este modo, también la separación de oxígeno de nitrógeno, la separación de olefinas de parafinas en la industria petroquímica y la separación de de dióxido de carbono de hidrógeno, son cruciales para poder utilizar de manera eficiente y ecológica las reservas petrolíferas y, en particular las ingentes cantidades existentes de carbón que permitan desarrollas el uso de hidrógeno como fuente de energía hasta que nuevas tecnologías como la fusión puedan ser desarrolladas. El desarrollo del trabajo de investigación recogido en la presente Memoria se trata de un estudio multidisciplinar dirigido al diseño y preparación de nuevas membranas poliméricas, para ser evaluadas como materiales alternativos en los procesos de separación de gases. La metodología llevada a cabo ha sido la obtención de membranas a partir de un polímero fácilmente procesable en forma de película y que mediante un tratamiento térmico a temperaturas elevadas, conduce a un material de naturaleza entrecruzada, con excelentes propiedades de separación de gases La síntesis de cuatro nuevas familias de polímeros (poli-o-hidroxiamidas, poli-o-aciloxiamidas, copoli-o-hidroxiamidas y copoli-o-aciloxiimidas) de altas prestaciones con propiedades mejoradas y el estudio exhaustivo de las propiedades de estos polímeros junto con las de los ¿- y ß- TRs que se derivan de ellos, ha permitido desarrollar nuevos métodos para la obtención de membranas que presentan balances de permeabilidad y selectividad muy superiores a los presentados por las membranas comerciales descritas en la bibliografía. Además todos estos polímeros presentan aplicaciones en tecnologías avanzadas en las que intervienen procesos industriales como son: purificación del gas natural (CO2/CH4), producción de gas de síntesis (H2/CO2) o la obtención de helio como subproducto en la extracción del gas natural (He/CH4). Como conclusiones principales de este trabajo se pueden resumir: I. Se han diseñado y obtenido nuevas familias de materiales obtenidas mediante procesos de conversión térmica en estado sólido: materiales ß-TR-PBO formados a partir de poliamidas y materiales ¿-TR-PBO obtenidos a partir de poliimidas. II. La optimización de un protocolo térmico adecuado para la preparación de las películas poliméricas ha permitido obtener altos grados de conversión de los precursores a los poliheterociclos (ß-TR-PBO y ¿-TR-PBO). III. La modificación química de las poli-o-hidroxiamidas ha dado lugar a un nuevo grupo de polímeros: poli-o-aciloxiamidas, PORAs, con buenas propiedades de separación de gases para mezclas en donde el He es un componente a separar de la mezcla. IV. Las combinaciones ß-TR-PBO-PA/PBOs y ¿-TR-PBO-PI/PBOs, presentaron productividades de separación de gases adecuadas para su uso en determinados procesos industriales ya que poseen valores altos de permeabilidad y buenas selectividades. V. En particular, la preparación de las copoli-(o-hidroxiamida-amida)s de este trabajo, abre una nueva vía para la obtención de nuevos materiales TR con propiedades mejoradas. Se puede concluir de manera general, que este trabajo ha permitido obtener nuevos materiales que pueden emplearse en diversas separaciones de interés y que se pueden adecuar a las necesidades tecnológicas del proceso industrial de separación mediante pequeñas modificaciones controladas en la estructura.