Enllaços d'interès
Tesis en xarxa
::Inici >Tesi doctoral

Tesi doctoral

Sumari

Logo TesiL’ús de materials híbrids ha estat demostrat que és una aposta important en moltes àrees de la ciència i particularment, dels processos de separació. En aquest treball s’ha utilitzat el carbó activat per obtenir membranes compostes. Les membranes de naturalesa carbonosa ofereixen el potencial de combinar la senzilla utilització dels polímers amb les bones propietats de separació dels tamisos moleculars carbonosos. Tanmateix, la incorporació del carbó activat respon a una segona motivació corresponent al seu ús com a suport per obtenir reactors de membrana enzimàtics (EMR). D’aquesta manera s’aconsegueix obtenir en un únic procés una operació de separació i una de reacció, fet que es coneix com intensificació de processos, i que respon a una de les principals tendències de la recerca actual.

En la primera etapa del treball es van sintetitzar membranes polimèriques de polisulfona mitjançant el mètode de precipitació per immersió, i en primer terme, es va estudiar l’efecte de la concentració de polímer, i el tipus de solvent a utilitzar. Determinades aquestes condicions, es va realitzar un estudi més profund considerant la variació de la composició del bany de coagulació. La caracterització va incloure la microscòpia electrònica d’escombratge (SEM), la microscòpia de força atòmica, la tècnica experimental de rebuig de sòlids i l’angle de contacte. També es van caracteritzar les membranes mecànicament. Els resultats van demostrar que amb la variació de la concentració del bany de coagulació s’obtenen membranes amb morfologies molt diferents, aptes per processos de micro i ultrafiltració, les quals ofereixen un rang de tall d’entre 25 i 700 kDa (mesurat amb dextrans). El mètode de SEM és un dels més versàtils ja que permet caracteritzar morfològicament tota la superfície de la membrana, de manera relativament ràpida i senzilla i sobretot podent-la examinar globalment. Tanmateix, els resultats són qualitatius, i en aquest treball es va desenvolupar una eina informàtica (IFME®) que permet obtenir resultats quantitatius, ràpids i sistemàtics. Relatiu al mètode experimental, cal destacar que el rendiment de les membranes es veu decisivament afectat pel disseny del mòdul: un mal disseny pot implicar un inadequat flux sobre la mateixa i l’aparició de fenòmens com l’embrutiment o la polarització que implica una sensible reducció del flux de permeat i una modificació del tall de la membrana. És per això, que es van considerar diversos mòduls, i per cada un d’ells es va realitzar un estudi de la dinàmica de fluid (CFD) per tal d’estudiar-ne el seu comportament i optimitzar-lo en els casos necessaris.

La segona etapa va consistir en l’obtenció i caracterització de membranes compostes mitjançant l’ús de carbó activat (mateixos mètodes). Se’n van obtenir de dos tipus: les formades per una i dues capes. En les primeres, el carbó es va addicionar juntament amb el polímer i el solvent, de manera que quedava una mescla homogènia a partir de la qual s’obtenia la membrana. En les de dues, el carbó es va addicionar a la part superior del film un cop estava format, però abans d’obtenir la membrana. Els resultats van mostrar que l’addició de carbó activat no modificava les propietats morfològiques de les membranes, i conseqüentment, la seva capacitat de separació, malgrat les funcionalitzava.

En la darrera etapa es van desenvolupar dos tipus d’EMRs. Un primer utilitzant enzim sòlid que es va immobilitzar entre dues capes de membrana (sense enllaç químic), i un segon que va incloure un complex enzimàtic líquid enllaçat químicament al carbó activat de dues maneres: directament a ell i mitjançant l’ús d’un ió metàl·lic, Cu(II), (tècnica IMAC). D’aquest darrer tipus, se’n van obtenir dos configuracions: d’una capa, on el complex es va addicionar juntament amb el polímer i el solvent obtenint una mescla homogènia de tots els components, i de dues capes, addicionant el complex damunt el film polimèric, però abans d’introduir-lo al bany de coagulació i obtenir la membrana. Totes les membranes enzimàtiques obtingudes van mostrar una adequada immobilització de l’enzim i una bona reactivitat i per tant, es va aconseguir un bon equilibri entre la velocitat de reacció i la de separació. Els reactors monocapa obtinguts amb l’enzim líquid són els que van oferir un rendiment global millor, ja que permeten l’obtenció d’aquells components més desitjats, mantenen inalterada la capacitat de separació de la membrana, són vàlids també per processos difusius i són sistemes molt compactes.

Prem l'enllaç de l'esquerra per descarregar-la.