Los procesos de Separación por Membranas son procesos limpios y de limpieza, ya que permiten evitar el vertido de contaminantes y la eliminación de los mismos en zonas de polución. Las membranas son barreras selectivas que favorecen el paso de determinadas sustancias o especies químicas presentes en una mezcla, mientras que pueden impedir/restringir el paso de otras. El flujo de estas sustancias a través de la membrana se debe a la acción de diferentes fuerzas impulsoras, como son los gradientes de presión (procesos de filtración), concentración (diálisis/hemodiálisis) y potencial eléctrico (electrodiálisis).

El gran desarrollo de la tecnología de membranas tiene su origen en los años 60, debido a la fabricación por investigadores de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA) de membranas compuestas, formadas por un lado por una delgadísima (menor de 1 micra) capa activa o densa que, por su estructura, rechaza el paso de solutos y sales, pero permite un flujo satisfactorio debido a su pequeño espesor, y por un soporte poroso que, básicamente, suministra estabilidad mecánica a la membrana. De esta forma se consiguió conjugar los dos factores clave de estos procesos, selectividad y flujo.

En la actualidad, este tipo de membranas tiene enorme importancia debido a su aplicación en la desalación de agua de mar (ósmosis inversa). Sin embargo, la potencialidad de la separación por membranas y su creciente aplicación en otros tipos de procesos asociados a las nuevas tecnologías, como es el caso de pilas de combustible o sensores de gases, hace necesario un esfuerzo de investigación para desarrollar membranas que destaquen por su baja resistencia eléctrica (alta conductividad) o por una selectividad específica.

En este sentido, científicos de la UMA, trabajan en la modificación o funcionalización de membranas artificiales, o de los materiales que las forman, con el fin de establecer modificaciones químicas, eléctricas y/o estructurales en las membranas, que le confieran las propiedades óptimas para su aplicación en un proceso de separación determinado.

Entre las estrategias para la funcionalización de las membranas se pueden considerar: La incorporación de sustancias dentro de la estructura de las membranas o como capa activa sobre las mismas, que les suministren las propiedades específicas para el transporte/rechazo. Otra estrategia es el uso de radiación gamma (energía media de 1,27 MeV), con el fin de aumentar el entrecruzamiento de las cadenas de la matriz polimérica de la membrana y su carga efectiva, lo que puede conducir al aumento del transporte de contra-iones o cargas de signo opuesto a la de la membrana, junto con una reducción del flujo de masa, de gran interés en las pilas de metanol.

Objetivo y posibilidades

El objetivo de este proyecto es estudiar el efecto de la incorporación, en distintas membranas comerciales, de diferentes cationes específicos (partículas cargadas positivamente), precipitados inorgánicos y líquidos iónicos a bajas temperaturas (RTIL), con el fin de obtener membranas química, mecánica y térmicamente estables, y con propiedades específicas de separación que le son conferidas por la incorporación/impregnación de las sustancias seleccionadas.

La posibilidad de obtener líquidos iónicos a temperatura ambiente con una gran variedad de propiedades y distinta afinidad para diferentes tipos de moléculas permitiría el diseño de membranas para esas aplicaciones particulares. Este hecho permite su utilización como sensores de olor o “narices electrónicas”, es decir, dispositivos capaces de detectar bajísimas concentraciones de productos tóxicos. También se considera la posible utilización de radiación con el fin de evitar la perdida de los agentes modificantes, y por tanto, de las condiciones óptimas de trabajo de las membranas diseñadas.

La modificación de las membranas se considerará en función de dos aplicaciones diferentes: películas conductoras con posible utilización como pilas combustibles y sensores eléctricos; y membranas de utilización como 'odoramas' (sensores de olor, cata electrónica de vinos, etc.)

Otros trabajos con membranas

El equipo encabezado por Juana Benavente Herrera, en colaboración con el grupo Diseño Estructural de Materiales Inorgánicos, del Departamento de Química Inorgánica de la UMA, ya ha estudiado el efecto de la incorporación de precipitados inorgánicos en los poros de diferentes membranas, obteniendo efectos en la conductividad y permeabilidad difusiva de las membranas modificadas, así como rectificación de corriente cuando se utilizan disoluciones con los iones generantes del precipitado, lo que permite su utilización como sensor en medio líquido.

También se han estudiado membranas de polisulfona-sulfonada con lignosulfonato incorporado, obtenidas por el grupo de Biopolímeros del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Rovira y Virgili de Tarragona, encontrándose valores de la conductividad algo mayores que las de membranas comerciales (Nafion) empleadas en pilas combustibles, dado que el coste de fabricación es bastante menor que el de las membranas comerciales actuales y que se utiliza un producto natural de deshecho.

Más información:

Juana Benavente Herrera

Universidad de Málaga

Teléfono: 952 13 19 29

Email: J_Benavente@uma.es