Membranas basadas en óxido de grafeno: investigación actual y aplicaciones

Noelia Alonso-Morales, Manuel Fernández, Luisa Calvo, Jose Alberto Baeza, Juan José Rodriguez, Miguel Angel GilarranzUniversidad Autónoma de Madrid

Departamento de Ingeniería Química

Membranas basadas en óxido de grafeno: investigación actual y aplicaciones. N. Alonso-Morales et al.

Efluentes líquidos

Efluentes gaseosos

Líneas de Investigación

Procesos catalíticos para eliminación de contaminantes

Preparación de materiales carbonosos

Carbones activos

Carbones nanoestructurados: moldeados, nanocapsulas…

Proyecto de Investigación en membranas basadas en óxido de grafeno

y su aplicación medioambiental en tratamiento de aguas y gases

Membranas basadas en óxido de grafeno: investigación actual y aplicaciones. N. Alonso-Morales et al.

▪ Introducción▪ Estructura de las membranas▪ Métodos de preparación▪ Aplicaciones Medioambientales

▪ Desalinización de agua de mar▪ Tratamiento de gases▪ Tratamiento de aguas

▪ Conclusiones y perspectivas futuras

Membranas basadas en óxido de grafeno: investigación actual y aplicaciones

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Grafeno, óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido

https://www.thechemicalengineer.com/features/producing-graphene-at-scale/

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https://www.nanowerk.com/what_is_graphene.php

Propiedades y aplicaciones del grafeno

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Interés científico del grafeno y membranas de óxido de grafeno

Graphene

Fuente: web of Science

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Año

Graphene and membrane

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Estructura de membranas de óxido de grafeno

M. Sun, J. Li / Nano Today 20 (2018) 121–137

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Preparación de membranas de óxido de grafeno

M. Sun, J. Li / Nano Today 20 (2018) 121–137

Membranas heterogéneas Membranas homogéneas

Membranas basadas en óxido de grafeno: investigación actual y aplicaciones. N. Alonso-Morales et al.

M. Sun, J. Li / Nano Today 20 (2018) 121–137

Preparación de membranas de óxido de grafeno

Recubrimiento de GO

mediante técnica de spin/spray

Formación de membrana de GO

mediante inmersión

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Métodos de mejora de las propiedades de membranas de óxido de grafeno

Chinese Journal of Chemical Engineering 27 (2019) 1348–1360

Control del espacio inter-laminar

Modificación de la química superficial

Entrecruzamiento (crosslinking)

Intercalación de compuestos

Mejora en el flujo de agua

Mejora en la selectividad

Mejora de la estabilidad

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Métodos de mejora de las propiedades de membranas de óxido de grafeno

Espaciado inter-laminar

KCl NaCl CaCl2

ACS Nano 2018, 12, 9309−9317

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Chinese Journal of Chemical Engineering 27 (2019) 1348–1360

Métodos de mejora de las propiedades de membranas de óxido de grafeno

Intercalación de compuestos

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Lecaros et al. / Carbon 123 (2017) 660-667

Métodos de mejora de las propiedades de membranas de óxido de grafeno

Intercalación de compuestos. Ejemplos

Polivinil alcohol (PVA) Nanotubos de carbono (CNTs)

Chinese Journal of Chemical Engineering 27 (2019) 1348–1360

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Chinese Journal of Chemical Engineering 27 (2019) 1348–1360

Métodos de mejora de las propiedades de membranas de óxido de grafenoIntercalación de compuestos. Algunos valores en separación en fase acuosa

Intercalación denanopartículasóxido de hierroin situ.

Alta permeabilidadAlto rechazo demetales pesados

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Mejoras en la estabilidad de membranas GO: entrecruzamiento

Alcohol polivinílico (PVA)

Glutaralhehído

Aminoácidos

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Intercalación de nano-particulas de plata

Mejora de membranas: Anti ensuciamiento biológico

Modificación superficial con chitosan

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Aplicaciones Medioambientales

Tratamiento de aguas

Tratamiento de gases

Desalinización de agua de mar

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Aplicaciones en desalinización de agua de mar

https://physicstoday.scitation.org Yang et al., Science 364, 1057–1062 (2019)

Mecanismo de separación basado enexclusión física: el tamaño del soluto esmayor que el tamaño de poro de lamembrana y el del agua es menor.

Separación 85-90% de NaCl

Separación 98% de moléculas grandes

Presiones de trabajo hasta 10 MPa

Alto flujo de agua

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Desalination 448 (2018) 113–132

Comparación de membranas GO de diferentes investigaciones con algunas membranas comerciales (SWRO)

Ventajas de la utilización demembranas GO en desalinización:potencialmente pueden reducir elconsumo específico de energía, aloperar a presiones más bajas.

Aplicaciones en desalinización de agua de mar

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Proyecto de Investigación en membranas basadas en óxido de grafeno

y su aplicación medioambiental en tratamiento de aguas y gases.

Resultados Iniciales

Preparación mediante presión asistida

Diámetro de la membrana: 25 y 47 mm

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Resultados Iniciales

Nylon-GO Polipropileno-GO Policarbonato-GO

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Resultados Iniciales

Nylon-GO Polipropileno-GO Policarbonato-GO

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Corte transversal Vista frontal

Resultados Iniciales

Nylon-GO

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Resultados Iniciales

GO=0,1 mg GO=1 mg GO=2 mg

Nylon-GO

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Resultados Iniciales

GO=0,001 mg/mL GO=0,01 mg/mL GO=0,1 mg/mL

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Noelia Alonso-Morales, Manuel Fernández, Luisa Calvo, Jose Alberto Baeza, Miguel Angel Gilarranz, Juan José RodriguezUniversidad Autónoma de Madrid

Departamento de Ingeniería Química