CONFRONTO TRA CROSS-LINKERS A STRUTTURA RAMIFICATA E LINEARE PER LA STABILIZZAZIONE DI MEMBRANE IN GRAFENE OSSIDO E LE LORO PERFORMANCE NELLA DISIDRATAZIONE DELL'ETANOLO

In this thesis it will be reported the fabrication of large-area cross-linked Graphene-Oxide (GO) membranes by rod coating and their use for dehydration of ethanol by vapor permeation. The first part of the project was focused on the synthesis of GO and its characterization by X-Ray Diffraction and Raman Spectroscopy. Once confirmed the successful synthesis of GO, two cross-linker species with branched structures, humic acid-like substances derived from urban waste (HAL) and a synthetic hyperbranched polyol (HBPO), have been used with the aim of stabilizing GO. For comparison, a previously reported cross-linker, poly(ethylene glycol) (PEG), has also been used. At first, free-standing cross-linked membranes with various ratios of cross-linker-GO were subjected to submergence in water and tumbling for 24 hours, in order to determine the composition required to produce stable membranes. The effect of the incorporation of cross-linker on the spacing between GO layers was studied by X-ray diffraction analysis of free-standing membranes both before and after the submergence test; UV-vis spectroscopy on the water containing the free-standing films was performed in order to determine the concentration of GO dissolved in water. In the last part of the project supported cross-linked GO films were prepared by rod coating on polyethersulphone ultrafiltration membrane. Preliminary studies of their performance in water and ethanol vapor permeation as well as for dehydration of ethanol/water mixture were carried out.

In questo progetto di tesi si riporta la fabbricazione di membrane in Grafene Ossido (GO), stabilizzato con cross-linkers a struttura ramificata e lineare, tramite Meyer rod coating e il loro utilizzo per la disidratazione dell'etanolo via vapor permeation. La prima parte del progetto è stata dedicata alla sintesi e caratterizzazione del GO tramite Diffrazione a raggi-x (XRD) e Spettroscopia Raman. Una volta confermata l'avvenuta sintesi, due cross-linkers a struttura ramificata, una composto a base di acidi umici derivante da rifiuti urbani (HAL) ed un poliolo sintetico iper-ramificato (HBPO), sono stati utilizzati con lo scopo di stabilizzare il GO. Polietilen Glicole (PEG) con diverse masse molecolari è stato utilizzato come confronto a struttura lineare. Per prima cosa, film di GO trattati con diverse quantità di cross-linkers sono stati immersi in acqua e lasciati sotto agitazione per 24h in modo da determinare la composizione necessaria a produrre membrane stabili. L'effetto dell'incorporazione dei cross-linkers sulla spaziatura tra gli strati di GO è stato studiato via XRD, sia prima che dopo il test di immersione; l'acqua contenente i film sottoposti ai test è stata analizzata via spettroscopia UV-vis al fine di determinare la concentrazione di GO disciolta. Nell'ultima parte del progetto sono state preparate membrane in GO supportate su membrane da ultrafiltrazione in polietersulfone. Sono dunque stati svolti studi preliminari sulle loro performance nella permeazione di acqua e etanolo e sulla disidratazione di una miscela etanolo/acqua.