INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PORO DEL SOPORTE EN MEMBRANAS COMPUESTAS DE Pd



INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PORO DEL SOPORTE EN MEMBRANAS COMPUESTAS DE Pd

Ana Clara Baralle1

1.Pasante –INCAPE (UNL - CONICET). Estudiante de Ingeniería Química (FIQ - UNL)



Palabras claves: hidrógeno, membranas de Pd, zeolita
Área temática: Ingeniería
Sub-área: Química
INTRODUCCIÓN

El aumento de la demanda del hidrógeno como vector de energía en nuevas aplicaciones comoceldas de combustible, plantea la necesidad de buscar métodos más económicos para la generación, separación y purificación de hidrógeno.
Una alternativa de gran interés son las membranas de paladio, debido a la propiedad única de este metal de permear selectivamente el hidrógeno. En particular, las membranas compuestas están constituidas por una película metálica depositada sobre un soporte poroso, ypermiten aumentar los flujos de permeación, mejorar las propiedades mecánicas y reducir los costos de fabricación frente a las membranas autoportantes.
La utilización de membranas compuestas de Pd en reactores de membrana (RM), dispositivo que combina las etapas de reacción y separación, es un método particularmente atractivo para la producción de hidrógeno, ya que permite alcanzar conversionesmás altas que las de un reactor tradicional operando a la misma temperatura o trabajar a temperaturas más bajas, con el consecuente ahorro de energía.

OBJETIVOS

El objetivo de este trabajo es investigar el efecto de la porosidad del soporte en el comportamiento de las membranas compuestas de Pd, ya que se conoce que ciertas características del sustrato, como el tamaño de los poros másexternos y la rugosidad, podrían afectar notoriamente la calidad de la película metálica depositada.

METODOLOGÍA

Acondicionamiento del sustrato: se empleó acero inoxidable poroso (PSS) 316L (diámetro externo: 0,95 cm, diámetro interno: 0,64 cm, longitud: 3 cm, grado 0,1 y 0,2 m) soldado en un extremo con un tapón no poroso (SS 316L) y en el otro con un tubo abierto no poroso (SS 316L, diámetroexterno: 0,64 cm, diámetro interno: 0,32 cm, longitud: 18 cm). Estos soportes se limpiaron para remover la suciedad y la grasa con solución alcalina (Guazzone F.) (NaOH, 50 g/L; Na2CO3, 65 g/L; Na2HPO4, 17 g/L) en baño ultrasónico a 60 °C y luego se realizó un enjuague con agua desionizada (AD) y se llevó a estufa a 120 °C toda la noche. Posteriormente se calcinó en aire estanco durante 12 horas a500 °C.
Modificación del sustrato: mediante síntesis hidrotérmica in situ de zeolita NaA a 80 °C con asistencia de vacío, tanto durante la siembra como durante la etapa de crecimiento de los cristales. La utilización de un compuesto intermedio para la modificación del soporte permite disminuir la rugosidad del mismo, aumentando la adherencia de la película metálica.
Activación: se realizó lasiembra de núcleos de paladio sobre el PSS mediante varios ciclos consecutivos de inmersión en SnCl2.2H2O (pH=2), AD, PdCl2 (pH=2), HCl (0,01M) y AD.
La reacción que se produce es la siguiente:



Deposición metálica: la deposición autocatalítica o electroless plating, es una reducción heterogénea del Pd2+ presente en la solución del complejo de Pd meta estable, donde el agente reductorutilizado es la hidracina y el catalizador es el mismo Pd0. La reacción se produce según:



Para llevar a cabo esta etapa, los soportes se sumergieron en 35 mL de solución de electroless plating durante 90 min a 50 °C. Cuando las membranas se volvieron impermeables al líquido, se comenzó a emplear vacío en las deposiciones metálicas. Para finalizar, se enjuagaron con AD y se secaron a 120 °C. Másdetalles de la síntesis se presentaron en un trabajo previo (Bosko, 2010).
Tratamiento térmico: buscando estabilizar el flujo de hidrógeno la membrana se calentó a 350 °C en atmósfera inerte. Se mantuvo a dicha temperatura durante 65 horas en flujo de hidrógeno, aplicando una diferencia de presión (P) de 10 kPa entre ambos lados de la membrana.
Permeación de N2 y H2: la membrana se mantuvo a...