polimeros funcionales supramoleculares


CIENCIA DE LOS MATERIALES
Rigidez polímero mejora membranas microporosas

La Separación de gas con membranas ha sido comercializado durante más de 30 años, y comprende procesos tales como la producción de nitrógeno (N2) de aire y la eliminación de dióxido de carbono (CO2) a partir de gas natural. Estas Membranas comerciales han sido en gran parte derivados de polímeros con cadenasmoderadamente rígidas que embalan de cerca para crear pequeños espacios intermoleculares (o "volumen libre") que imparten moderada a alta selectividad gas. Sin embargo, su permeabilidad al gas relativamente baja ralentiza los procesos de separación.
Los Microporosos polímeros orgánicos (MOPS) ofrecen una mayor permeabilidad, pero las cadenas de polímero debe ser lo suficientemente rígido para manteneruna buena selectividad. Por ejemplo, el oxígeno (O2) y N2 tienen sólo un 5% de diferencia en diámetros cinéticos (que están relacionados con las dimensiones más pequeñas eficaz de los gases), pero el rendimiento de gas de la pequeña molécula de O2 es mucho más alta a través de su membrana.
Los gases se separan por primera mezclas de gas de presurización en contacto con la membrana; cada componentesorbe (se disuelve en ella) y se difunde (pasa a través del volumen libre) a través de ella a diferentes velocidades, con una permeabilidad P característico (el producto de su solubilidad y los coeficientes de difusión , S y D, respectivamente). Las mopas primera estudiados para su uso como membranas fueron poliacetilenos, ejemplificados por poli (trimetilsilil-1-propino) (PTMSP) . Aunque lapermeabilidad al gas de poliacetilenos es el más alto entre MOPS, su estructura de cadena no es suficientemente rígida para garantizar la discriminación de tamaño adecuado de las moléculas de gas pequeñas. McKeown, Budd y colaboradores comunicaron una nueva clase de polímero microporoso más rígido soluble, denominados "polímeros de microporosidad intrínseca" , que tienen permeabilidades muy altas(aunque aproximadamente un orden de magnitud menor que PTMSP ), pero con selectividades par, de gas en un rango más alto y más útil (para algunos pares de gas, su rendimiento de separación define o excede el límite superior). PIM derivan su microporosidad y el volumen libre de alta rígido tipo escalera cadenas de polímeros que tienen sitios de contorsión que frustran empaque en cadena. Sin embargo,sería un error suponer que estas estructuras, que son incapaces de rotación de bonos, son totalmente rígida. En el ejemplo más conocido, PIM-1, los que forman la cadena de dioxano puentes y vínculos que se muestra a continuación.

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Las cadenas de polímeros microporosos que tienen una estructura de escalera retorcida resisten la rotación, lo que les permite mantener una estructura de poros másuniforme. El polímero de PIM-1 contiene SBI y vínculos dioxano, pero ambos pueden doblarse y flexionarse en un grado considerable
Entonces con una mayor rigidez, mayor espaciamiento entre cadenas para alcanzar una mayor permeabilidad de las lagunas en la cadena del polímero, así como una mayor selectividad.
La estrategia exitosa de aumentar la rigidez de la cadena en otros materiales de membranamicroporosa que tienen espaciamiento entre cadenas alta para mejorar el rendimiento también se ha demostrado en los polímeros térmicamente reordenados y en spirobifluorene que contiene tetrazol sustituido-PIM (TZ-PIM) . El aumento de la rigidez en TZ-PIM se produce a través de una red de enlaces de hidrógeno, mientras que simultáneamente incorpora sorbente de CO2 tetrazol unidades para una mejorCO2/N2 selectividad. Estos Materiales de membrana altamente permeable y selectiva pueden ayudar a resolver los problemas, como la corriente de gas grandes separaciones que contienen CO2.


Polímeros funcionales supramoleculares
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