Primero, los investigadores produjeron un IL de tipo imidazolio reemplazando los iones cloruro en el cloruro de 1-metil-3-(1-trietoxisililpropil)imidazolio (SipmimCl) con iones de bis(trifluorometilsulfonil)imida (Tf₂ N ^- ) para obtener SipmimTf₂ N. Después del lavado SipmimTf₂ N con agua y dejando decantar el producto viscoso, el equipo obtuvo un polímero químicamente estabilizado mediante secado, llamado poliSipmimTf₂ N, que contiene silsesquioxanos.

Finalmente, para crear las membranas, los investigadores recubrieron la superficie exterior de tubos huecos de óxido de aluminio nanoporosos con una solución de metanol y poliSipmimTf₂. N.

Luego se realizaron varios experimentos para analizar las propiedades y el rendimiento de estas membranas en el método fotovoltaico. Primero, mediante pruebas fotovoltaicas unarias (es decir, que involucran un solo compuesto orgánico en lugar de una mezcla), los investigadores midieron la permeabilidad de diferentes alcoholes, hidrocarburos aromáticos y alcanos. También exploraron cómo se relacionaban los valores de permeabilidad con los parámetros de solubilidad de Hansen (HSP) de cada compuesto y con los de la propia membrana.

Posteriormente, realizaron pruebas fotovoltaicas binarias, en las que separaron tolueno, metanol y 1-hexanol del n-hexano. Como explica el Dr. Hirota, cada una de estas pruebas abordó un desafío particular en la separación de líquidos orgánicos:"La mezcla de tolueno/n-hexano era una mezcla aromática/alcano con diferencias en volatilidad y tamaño molecular. Por otro lado, la mezcla de metanol/n-hexano era una mezcla aromática/alcano con diferencias en volatilidad y tamaño molecular. -La mezcla de hexano era una mezcla azeotrópica y, por lo tanto, ambos componentes tenían puntos de ebullición iguales."

"Finalmente, se seleccionó la mezcla de 1-hexanol/n-hexano porque sería difícil de separar usando membranas de tamiz molecular".

Curiosamente, las membranas funcionaron excepcionalmente bien al separar el tolueno de n -hexano, logrando una alta proporción de permeancia de 11. Además, las membranas fueron altamente selectivas al separar 1-hexanol de n -hexano. Como confirmaron los datos de los análisis basados ​​en HSP, el rendimiento de separación de las membranas propuestas estaba estrechamente relacionado con la afinidad entre el compuesto objetivo y la propia membrana. Esto implica que los iones que forman el líquido iónico podrían reemplazarse dependiendo de la mezcla de líquido orgánico objetivo para lograr una separación eficiente.

En conjunto, los resultados de este estudio resaltan el potencial de las membranas químicamente estabilizadas basadas en IL para la separación de líquidos orgánicos por afinidad. Dado que la energía fotovoltaica algún día podría reemplazar los procesos de destilación que consumen mucha energía, estos hallazgos contribuirán a lograr industrias químicas más sostenibles. Con un poco de suerte, esto debería allanar el camino hacia la neutralidad de carbono y, en última instancia, mitigar el calentamiento global.

Más información: Yuichiro Hirota et al, Propiedades de pervaporación de la membrana de organosílice derivada de líquido iónico sililado, Journal of Membrane Science (2023). DOI:10.1016/j.memsci.2023.122392

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Nagoya