Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Síntesis intermatricial y comparación de nanopartículas metálicas de Pd y Co soportadas en resinas catiónicas y aniónicas

Esta memoria de investigación es producto del trabajo experimental que se realizó con resinas de intercambio iónico para la síntesis intermatricial de nanopartículas metálicas de Co y Pd. Los estudios que se realizaron correspondieron a la iniciación en esta modalidad de síntesis de nanopartículas. En ellos se contemplaron las propiedades intrínsecas de la resina como: la capacidad de intercambio iónico, y funcionalidad química, tanto antes como después de la síntesis. Uno de los objetivos es que la resina no pierda ninguna de sus propiedades originales, sino que gane más versatilidad. La importancia que tienen en la actualidad los materiales nanométricos inspira a su modificación y nuevas formas de producción. Con esta investigación se inicia el trabajo de cara a los estudios doctorales. Aquí se estudia la aplicación de las nanopartículas de paladio y cobalto soportadas en resinas de intercambio iónico. Las nanopartículas de paladio tienen aplicación en el área de catálisis, y en su síntesis intermatricial, se consigue un catalizador heterogéneo, que brinda gran facilidad de recuperarlo y proceder con varios ciclos catalíticos. Así mismo, con el cobalto se pretendió otorgar propiedades ferromagnéticas, de manera que el proceso de separación de la resina de los medios de reacción, sea tan fácil como la aplicación de un campo magnético o pasar un imán sobre el lugar en cuestión.