Selección rápida de membranas de separación
La eliminación del CO2 en mezclas de gases como el biogás, para aumentar la pureza del constituyente metano, ofrece múltiples ventajas. Aumenta por ejemplo el contenido de energía del gas natural y reduce su coste. También reduce las emisiones que provocan el cambio climático mundial y evita la licuefacción del CO2 en los gaseoductos. Los científicos del proyecto COMMOF (Composite membranes with metal organic frameworks for high efficiency gas separations) recibieron fondos de la Unión Europea e identificaron membranas de composite con una gran selectividad para el CO2 útiles en la purificación de gas natural. Las membranas están compuestas por polímeros en los que se insertan marcos organometálicos (MOF) de gran selectividad. Estos compuestos porosos tridimensionales con forma de jaula pueden generarse a partir de innumerables constituyentes de moléculas orgánicas y metálicas y su empleo no deja de crecer en aplicaciones como la adsorción y la separación de gases. El equipo al cargo basó su trabajo en otro anterior en el que se indicó el potencial de los MOF para mejorar el rendimiento de las membranas de separación poliméricas, a partir del cual desarrolló modelos detallados y algoritmos informáticos de MOF, membranas y procesos de separación. Todo ello se empleó para seleccionar rápidamente las combinaciones más idóneas entre todas las posibles. Esta labor de selección inicial de la base de datos de MOF y la modelización de MOF puros y composites poliméricos de MOF mostró que ambos sistemas poseen una gran eficacia en la separación de CO2. Incluso los MOF puros fueron superiores a las membranas tradicionales de separación de CO2. Tras comparar varios modelos teóricos de permeabilidad, el equipo científico se valió del mejor modelo predictivo para evaluar el rendimiento de ochenta membranas de composites poliméricos y MOF compuestas por diez MOF y ocho polímeros distintos. Los resultados mostraron que las partículas de relleno MOF en los polímeros podrían aumentar la permeabilidad con respecto a los polímeros puros. El equipo también mostró que la inclusión de las interacciones electrostáticas entre el adsorbato y los MOF era fundamental en el caso de las membranas compuestas únicamente por MOF. Su importancia también era superior en caso de los composites, al aumentar el porcentaje de volumen de MOF. COMMOF produjo una herramienta muy potente para la modelización de la combinación de MOF y polímeros polímero y la selección rápida de membranas de composite capaces de cribar el CO2. La aplicación de su trabajo permitió identificar compuestos nuevos de entre miles de candidatos. Los resultados dieron lugar a la publicación de siete artículos en revistas científicas con comité de lectura y muchos otros aún en proceso de revisión. Es más, el proyecto formó a una generación nueva de investigadores altamente cualificados en temas de enorme importancia como el solapamiento de MOF, las membranas y la captura de CO2.
Palabras clave
Membranas de separación, membranas de composite, CO2, marco organometálico, separaciones de gas
