Utilizad este identificador para citar o enlazar este documento: http://hdl.handle.net/2072/179732

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques
Macanás de Benito, Jorge
Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca
Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.
Report for the scientific sojourn at the Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, France, from 2007 to 2009. During the past few years the investigation focused in new materials of nanoscopic size (nanoparticles, quantum dots, carbon nanotubes,…) has experienced a considerable growth due to the special properties of the “nanoobjects” with respect to magnetism, catalysis, electrical conductivity, etc… Nevertheless, nowadays there are very few applications of nanoparticles in the environmental field. One of the reasons for this situation is the possible toxicity of the nanoobjects, but there is also a technological difficulty since nanoparticles tend to aggregation and it is very difficult to manipulate them without losing their special properties. Thus, although the preparation of nanostructured catalytic materials is very interesting, it is still necessary to define new strategies to prepare them properly. The main objective of this research project is the preparation of new metallic catalytic membranes containing nanoparticles for water treatment applications. The main innovation of this project consists in the fact that nanoparticles are not introduced in the polymeric matrix once preformed but they are grown inside the polymeric matrix by an intermatrix synthesis. The only requirement is that the polymeric matrix contains functional groups able to interact with the nanoparticles precursors. Once finished the project we can confirm that a part of the initial objectives have been achieved. Concretely, it has been demonstrated that it is possible to synthesize metallic nanoparticles of noble metals (platinum and palladium) in membranes of hollow fiber of micro - and ultrafiltration following two different methodologies: photochemical modification of polymers and deposition of polyelectrolyte multilayers. These new materials are effective in the reduction catalysis of a model compound (4-nitrofenol with sodium borohydride) and, in general, the results have been satisfactory. Nevertheless, it has been revealed that the use of a reagent that generates hydrogen gas in contact with an aqueous solution enormously difficults the implementation of the catalytic reaction due to the fact that the membrane in use is porous matrix. Thus, as a main conclusion it is possible to affirm that the limitation of this approach have been reached and two different possibilites are regarded for the near future: using these membranes for gas-liquid contactors or the study and developement of catalytic flat shee membranes, a much more affordable objective since these membranes are simpler.This investigation has been fulfilled in the " Laboratoire de Génie Chimique " of Toulouse and of the Department of Chemistry of the Michigan State University and has been possible thanks to a project financed by the " Agence National pour the Recherce " and to the program PERMEANT (CNRS-NSF).
17-02-2012
66 - Enginyeria, tecnologia i indústria química. Metal·lúrgia
Membranes (Tecnologia)
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Els ajuts de l'AGAUR;2006 BP-A 10077
         

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