25/11/2022

Tipos de membranas: ¿Qué son y cómo se clasifican?

Categorías: Economía circular en la industria del plástico, Innovación y tendencias en materiales plásticos

La síntesis de membranas nos permite ofrecer soluciones alineadas con la economía circular. Gracias a esta tecnología, logramos procesos más sostenibles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, capturar microplásticos, generar nuevos métodos de almacenamiento de energía o producir diferentes compuestos.

¿Qué es una membrana?

Una membrana es una interfase o barrera física semipermeable que separa dos fases y actúa como barrera selectiva regulando el transporte de materia. La tecnología de membranas se ha desarrollado ampliamente para llevar a cabo procesos de separación y concentración de mezclas líquidas o gaseosas. Sin embargo, las membranas tienen otras aplicaciones importantes como biomateriales, catalizadores (incluyendo sistemas de pila combustible), almacenamiento de energía, separación de CO2, entre otras.

Clasificación de las membranas

Existen distintos tipos de criterios asociados a la clasificación de membranas, según sus características y propiedades. Los más comunes son según su naturaleza y estructura.

1. Según su naturaleza

Se clasifican en membranas naturales y sintéticas.

1.1.  Membranas naturales: Biológicas o no biológicas

Las membranas de origen natural son más habituales debido a su bajo coste, sin embargo, tienen poca aplicación industrial. Estas se pueden clasificar en membranas biológicas o no biológicas.

1.2. Membranas sintéticas

Las membranas sintéticas son las más utilizadas a nivel industrial en procesos de separación en sectores como el farmacéutico, alimentario, industria química o automovilístico. Pueden clasificarse en función de su material de partida.

Un ejemplo sería las membranas de poliuretano en base acuosa o acrílica capaz de aplicarse como un recubrimiento resistente a UV, impermeable alta elasticidad y gran adhesión al hormigón.

2. Según su estructura

Se pueden considerar de estructura microscópica o macroscópica.

2.1. Estructura microscópica

La estructura microscópica de las membranas permite clasificarlas según su porosidad y su configuración.

Según su porosidad:
Según su configuración:

2.2. Estructura macroscópica

La estructura macroscópica hace referencia a la geometría de las membranas y su posición en el espacio en relación con el flujo del fluido de alimentación y del permeado. Por tanto, se pueden clasificar en función de la siguiente configuración:

De fibras huecas

Las membranas poliméricas de fibra hueca se preparan por extrusión de una solución polimérica a través de una hilera anular y un fluido de perforación que fluye en el centro anular, el tamaño del canal central es inferior a 1 mm. Este proceso de síntesis es complejo ya que implica muchos parámetros de rotación, la termodinámica de la solución polimérica y el proceso de inversión de fase, las reologías de la solución polimérica dentro de la hilera y en el espacio de aire, y otras condiciones de hilatura. Dichas membranas son muy sensibles al ensuciamiento por lo que requieren una manipulación de las fibras muy controlada, en cambio, presentan elevada relación superficie/volumen de filtrado pudiendo llegar a 30.000 m2/m3. En este tipo de membranas el fluido a tratar puede circular por el interior de las fibras huecas o perpendicularmente a las fibras.

Laminares o de lámina plana

Las membranas laminares se preparan por casting o moldeo de una disolución del polímero (10-30% en peso). Dicha disolución posteriormente se somete a evaporación o inversión en otro disolvente, normalmente agua, para obtener la membrana laminar. La fabricación de membranas de lámina plana también es un proceso complicado, que implica la preparación de la disolución, la reología de la solución de fundición, el espacio de aire y la precipitación de inmersión en el baño coagulante. Estas membranas presentan una baja relación superficie/volumen de filtrado (100-400 m2/m3). Sin embargo, al poder formar un módulo de membranas laminares, este se puede disponer en serie o paralelo aumentando la superficie de filtrado, además, son compactos y se limpian fácilmente.

Láminas planas

Membrana de lamina plana sintetizada en AIMPLAS

Tubulares

Los módulos tubulares están formados por un conjunto de elementos filtrantes de geometría tubular o multicanal. En este tipo de configuración, las membranas se disponen en el interior de carcasas cilíndricas que actúan como soporte. Estos módulos pueden regenerarse químicamente, mecánicamente o con agua a presión, son muy resistentes y capaces de aceptar casi cualquier fluido prácticamente sin pretratamiento. Sin embargo, presentan relación superficie/volumen baja alrededor de 400 m2/m3.

De arrollamiento en espiral

El módulo espiral consiste en el enrollamiento de diversas láminas o membranas planas separadas entre sí por capas de tejidos de distinta naturaleza que funcionan como transportadores y generadores de turbulencia de las disoluciones de alimentación y permeado, empleando un tubo central perforado. Este tipo de configuración mejora considerablemente la relación superficie/volumen pudiendo alcanzar en 300 y 1000 m2/m3 y reduce el coste energético. No obstante, se ensucian con facilidad y son difíciles de limpiar.

Experiencia de AIMPLAS en la síntesis de membranas

Dado los grandes retos en cuanto a economía circular que está viviendo la sociedad en los últimos años, ha surgido la necesidad de investigar nuevos métodos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, capturar microplásticos presentes en el agua, generar nuevos métodos de almacenamiento de energía o producir diferentes compuestos de forma más sostenible. 

En AIMPLAS desarrollamos proyectos donde trabajamos en la síntesis de diferentes tipos de membranas que permitan alcanzar estos objetivos, ofreciendo un amplio abanico de posibilidades y ventajas en el desarrollo de procesos más sostenibles, tanto en la captura y separación de contaminantes en efluentes líquidos y gases como en la producción y almacenamiento de energía tipo hidrógeno.

En estos proyectos perseguimos diferentes objetivos:

 

Daniela Andrea Ramírez Espinosa Técnico investigación del grupo de Descarbonización en AIMPLAS

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