Fabbricazione di membrane composite a film sottile di poliammide utilizzando tetra alifatico

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11691 (2023) Citare questo articolo

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Data l’enorme importanza dei solventi organici in diversi processi industriali, l’uso di membrane per il recupero dei solventi si è evoluto in un processo industrialmente fattibile. Il lavoro attuale si è concentrato sullo studio dell'effetto di piccoli cambiamenti nella chimica dei monomeri reagenti sulle prestazioni di nanofiltrazione di solventi organici/nanofiltrazione di resistenza ai solventi (OSN/SRNF) delle membrane. A questo scopo sono state selezionate le due ammine alifatiche con lunghezze di catena alifatiche variabili tra ammine primarie e secondarie. Sulla base della struttura dello strato attivo risultante, sono state valutate le prestazioni di nanofiltrazione Janus della membrana. Le due membrane, 4A-TPC@PAN reticolato e 4A-3P@PAN reticolato sono state fabbricate utilizzando due diverse tetraammine, 4A (N,N′-bis(3-amminopropil)etilendiammina) e 4A-3P (N,N ′-Bis(2-amminoetil)-1,3-propandiammina) reticolato con tereftaloil cloruro (TPC) su supporto di poliacrionitrile (PAN) reticolato mediante polimerizzazione interfacciale (IP). La presenza di più gruppi idrofobici –CH2– nelle strutture delle ammine alifatiche 4A e 4A-3P sviluppa siti idrofobici negli strati attivi di poliammide idrofila delle membrane. Inoltre, 4A ha due gruppi amminici secondari separati da gruppi etilene (–CH2–CH2–), mentre in 4A-3P, i due gruppi amminici secondari sono separati da propilene (–CH2–CH2–CH2–) portando a variazioni nel caratteristiche strutturali e prestazionali delle due membrane. Entrambe le membrane sono state completamente caratterizzate mediante diverse tecniche di caratterizzazione delle membrane e applicate per OSN/SRNF utilizzando solventi sia polari (metanolo, etanolo e isopropanolo) che non polari (n-esano e toluene). Diversi coloranti (rosso Congo, nero eriocromo T e blu di metilene) sono stati utilizzati come soluti modello durante l'esperimento di filtrazione. Il PAN reticolato 4A-3P-TPC@ha mostrato un flusso di n-esano e toluene rispettivamente di 109,9 LMH e 95,5 LMH. Il rosso Congo (CR) ha mostrato il rigetto più elevato, raggiungendo il 99,1% per la membrana 4A-TPC@Crosslinked PAN e il 98,8% per la membrana 4A-3P-TPC@Crosslinked PAN.

I solventi organici sono di primaria importanza in diversi processi industriali, che vanno dal farmaceutico al petrolchimico. Il riutilizzo di solventi organici altamente preziosi è della massima importanza economica poiché può ridurre la domanda di solventi organici freschi1. Pertanto, le industrie chimiche migliorano costantemente i propri processi per (i) soddisfare le rigorose normative ambientali e (ii) aumentare i propri profitti2. Tra le industrie chimiche, le industrie farmaceutiche dipendono fortemente dal consumo di solventi organici, dove i solventi organici rappresentano l’80–90% della massa totale nel processo3. I rifiuti di solventi più comuni generati dalle aziende farmaceutiche includono metanolo, diclorometano, toluene, acetonitrile e cloroformio. Tra i diversi rifiuti derivanti da solventi organici, si stima che i rifiuti di metanolo raggiungano 44,8 × 106 kg all'anno. Rispetto ai processi convenzionali come la distillazione e l'adsorbimento, le separazioni basate su membrana richiedono meno energia, sono ecologiche, hanno un ingombro minimo ed sono economiche per l'isolamento e la concentrazione del prodotto4.

Con lo sviluppo delle membrane composite a film sottile (TFC), diversi processi di separazione sono stati ottimizzati5,6,7, grazie ad alcune caratteristiche salienti delle membrane TFC quali stabilità chimica e fisica, adattabilità alle diverse composizioni dei mangimi e facile disponibilità con un'ampia gamma di dimensioni dei pori per l'applicazione desiderata8,9,10. Le membrane TFC sono costituite da un sottile strato selettivo depositato sopra un supporto di ultrafiltrazione polimerico poroso. Generalmente, il supporto di ultrafiltrazione polimerico poroso viene preparato attraverso l'inversione della fase umida utilizzando acqua come non solvente nel processo. Lo strato attivo, invece, viene coltivato sul supporto di ultrafiltrazione mediante polimerizzazione interfacciale (IP)11. Data la versatilità del processo IP, in letteratura è stata fabbricata un'enorme varietà di membrane TFC alterando la chimica dei monomeri reagenti o modificando gli altri parametri di IP12.