La separazione di gas utilizzando membrane polimeriche è un processo energeticamente efficiente usato in industria per separare miscele di gas nei settori energetici ed ambientali. La tecnologia a membrana è tra le tecnologie più promettenti per la cattura della CO2, ma separazioni di queste enormi quantità di gas richiedono permeabilità molto alte per poter aumentare la produttività del processo e quindi renderlo economicamente sostenibile.
Oggi, un team di ricercatori dell’Istituto per la tecnologia delle membrane (Itm) del Cnr in collaborazione con le Università di Edimburgo e di Cardiff hanno ottenuto un polimero di ad alta permeabilità, che permette di rendere più efficiente il processo industriale di separazione di miscele di gas in ambito ambientale e civile.
Il risultato del loro lavoro è pubblicato in Advanced Functional Materials, che riporta la sintesi di un nuovo polimero, il PIM-SBI-Trip, ed il suo copolimero con il PIM-1, nonché l’analisi delle loro proprietà chimico-fisiche e di trasporto ai gas, dimostrando che la fusione di gruppi rigidi ed ingombranti come i tripticeni sullo spiro-centro dei polimeri di microporosità intrinseca (PIM) comporta un grande incremento di permeabilità ed un guadagno in selettività per miscele di gas di interesse industriale, ambientale e civile, rispetto alle migliori membrane commerciali.
L’analisi dettagliata del trasporto di gas, condotta in funzione della temperatura, rivela che l’aumento delle prestazioni di questi materiali è dovuto soprattutto alla loro caratteristica simile a quella di “setacci molecolari”, entrambi correlati con l’alta rigidità di questi materiali, che favorisce la permeazione delle molecole di gas più piccole. Gli esperimenti condotti con miscele di gas con la corrente di alimentazione fino a 6 bar(a) dimostrano che le proprietà di trasporto del PIM-SBI-Trip ed il suo copolimero con il PIM-1 sono solo debolmente influenzati dai cambi di pressione.
Le loro eccellenti prestazioni per le coppie di gas CO2/CH4 e CO2/N2, rendono questi polimeri innovativi particolarmente interessanti per separazioni che coinvolgono la CO2, quali ad esempio la purificazione del biogas e la cattura della CO2 da gas di scarico industriali. Quindi, questi materiali possono sostenere la nostra lotta al cambiamento climatico, sia facilitando la riduzione delle emissioni di gas serra, sia promuovendo l’utilizzo di energie rinnovabili. In più, questi polimeri hanno una selettività simile a quella dei polimeri tradizionalmente usati in industria per la separazione O2/N2, ma a permeabilità (produttività) molto più alte, che rende questo polimero innovativo ultra-permeabile, il PIM-SBI-Trip, un materiale promettente per lo sviluppo di generatori di ossigeno portatili per usi medicali a domicilio o in ospedali per pazienti con malattie respiratorie.
Il team del Cnr-Itm coinvolto nello studio è composto da: Alessio Fuoco, Elisa Esposito, Marcello Monteleone, Mariagiulia Longo, Johannes Carolus Jansen.
