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Figura 3.8. Corte transversal de una membrana de ósmosis inversa mostrando la capa activa (izquierda) y el aumento de porosidad a medida que nos alejamos de la superficie. con una capa activa muy delgada (de aproximadamente 0,1 micras) soportada por un sistema poroso que no opone resistencia al flujo pero que proporciona la resistencia mecánica necesaria para soportar las altas presiones a que debe someterse el sistema (téngase en cuenta que la presión osmótica del agua de mar es de alrededor de 24 atm y que ésta es, como mínimo, la presión que hay que suministrar al sistema para garantizar flujo a través de la membrana. Las mejores membranas de osmosis inversa son de poliamida aromática, muy hidrófilas, por lo que garantizan un flujo excelente, con una capacidad de separación extraordinaria (flujos de 600-700 l/m 2 día y rechazos de sal superiores al 95%). Podemos decir por ello que la ósmosis inversa es hoy una tecnología madura, que en España dispone de múltiples plantas desaladoras, con una capacidad de producción de 400 hm 3 /año y que en las Islas Canarias es prácticamente la única fuente de agua potable. Una segunda aplicación donde las membranas están adquiriendo gran importancia es en la separación de gases de interés industrial. Debe tenerse en cuenta que seis de los diez productos más importantes en la industria son gases: oxígeno, nitrógeno, amoniaco, cloro, etileno y propileno (estos dos últimos gracias a su utilización como monómeros). Aunque estos gases se purifican generalmente por métodos criogénicos o por técnicas de adsorción y lavado, la filtración a través de membranas está aumentando su importancia como técnica de separación de gases. Las membranas de este tipo son membranas densas, con una elevada rigidez, para garantizar su selectividad y con una gran fracción de volumen libre (la difusión de los gases se produce a través del volumen libre no ocupado por las cadenas de polímero), para asegurar una alta permeabilidad. Los polímeros aromáticos, amorfos y con sustituyentes que dificulten el empaquetamiento molecular (en particular las poliimidas aromáticas) se han mostrado como los mejores 39
Célula de combustible de hidrógeno Hidrógeno Ánodo 2H2 4H + 4e - 2H2 + O2 Figura 3.9. Estructura esquemática de una célula de combustible mostrando la membrana polimérica que separa ambos electrodos. Membrana 2H2O Cátodo O2 + 4H + + 4e - 2H2O Oxígeno del aire Agua para este tipo de aplicaciones, y en la actualidad se dispone de sistemas capaces de obtener nitrógeno con un 95% de pureza a partir del aire o de separar dióxido de carbono del gas natural. Se investiga activamente en la industria petroquímica en membranas de separación de olefinas (útiles como monómeros) y parafinas, ya que en la actualidad se consumen más de 2,5 x 10 13 kcal/año para separarlas por destilación tan sólo en Estados Unidos. El último reto en este campo son las células de combustible, que necesitan una membrana de separación entre ánodo y cátodo (figura 3.9.), con alta conductividad a los protones pero no a las moléculas de agua y capaz de resistir las condiciones fuertemente ácidas y la alta temperatura durante años de uso. Esto son condiciones al alcance de muy pocas estructuras poliméricas, pero, sin duda, la investigación logrará resolver el problema de forma satisfactoria. Bibliografía BAKER, R. W.: Membrane Technology and Applications. John Wiley and Sons, 2004. ISBN: 0-470-85445-6. HANS-GEORG; ELÍAS, H-R.: Macromolecules, Wiley-VCH, 2005. ISBN: 3-527-31172-6. KAUSCH, H-H.; HEYMANS, N.; PLUMMER, C. J.; DECROLY, P.:Materiaux Polymères: propriétés méchaniques et physiques, Presses Polytechniques et Universitaries Romandes, 2001. ISBN: 2-88074-415-6. KELLY, V.: Carbon Fiber: Manufacture and applications, Elsevier Advanced Technology, 2004. ISBN: 1-85617-430-1. ODIAN, G.: Principles of Polymerization, Wiley Interscience, 2004. ISBN: 0-471-27400-3. 40
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