Membrane a matrice mista per la separazione di miscele gassose ricomponente CO2-CH4

Nell’ambito della separazione di miscele gassose con l’utilizzo della tecnologia a membrana l’impiego di membrane polimeriche a matrice mista permette di modulare la permeabilità dei componenti della miscela e di risolvere, in parte, alcune problematiche legate alle membrane polimeriche. In seno a questo progetto di Tesi sono state preparate due tipologie di membrane polimeriche a matrice mista basate su polimeri amorfi vetrosi quali PES-WC e PEEK-WC. L’additivo utilizzato è un derivato oligosaccaridico ottenuto reticolando b-ciclodestrine con 1,1'-Carbonildiimidazolo in rapporto 1:4. Al termine della preparazione delle membrane la concentrazione dell’additivo è risultata essere pari al 2.88±0.34 % (m/m) e 3.83±0.63 % (m/m) per le membrane PES-WC+bCDNS e PEEK- WC+bCDNS rispettivamente. Sono state prodotte anche membrane polimeriche di PES- WC e PEEK-WC al fine di poter valutare l’effetto dell’additivazione nei confronti della matrice polimerica in termini di morfologia, di stabilità termica, di variazione delle proprietà meccaniche, di bagnabilità della superficie della membrana e delle performance separative nei confronti di gas quali CO2 e CH4 e vapori di solventi. Sia le membrane polimeriche che le membrane a matrice mista sono state prodotte impiegando un trattamento termico bi-stadio, 40°C per tutta la notte dopo la stesura e 6 ore in stufa a 120°C a 27 mBar, risultato fondamentale per la generazione di una struttura densa e selettiva delle membrane stesse. L’analisi SEM ha permesso di osservare che la morfologia delle membrane a matrice mista è identica a quella delle corrispondenti membrane polimeriche ad eccezione della presenza di particelle di b-CDNS. L’analisi TGA ha permesso di osservare come l’additivazione lasci inalterata la stabilità termica della matrice PEEK-WC e influenza parzialmente quella della matrice PES-WC. L’additivazione delle matrici polimeriche ha come conseguenza la riduzione della duttilità delle membrane diminuendo lo sforzo a carico massimo e la deformazione a carico massimo. L’analisi dell’angolo di contatto ha permesso di determinare che il trattamento termico e l’additivazione aumentano la bagnabilità della superficie delle membrane. Gli esperimenti di permeabilità ai vapori di acqua-etanolo e toluene- metilcicloesano hanno permesso di determinare un aumento della selettività delle membrane a base PES-WC in seguito all’additivazione e una diminuzione dello stesso parametro per le membrane a base PEEK-WC. L’additivazione è responsabile di una diminuzione della permeabilità delle specie CO2 e CH4, ma anche di un aumento di selettività della membrana PES-WC+bCDNS rispetto alla membrana PES-WC.