Transporte selectivo de nutrientes a través de membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos

Abstract

En los últimos tiempos, la utilización de membranas basadas en líquidos iónicos ha ganado importancia en una elevada gama de procesos de separación a causa de las propiedades únicas de los líquidos iónicos. El objetivo principal de esta Tesis es realizar un análisis del transporte de nutrientes a través de membranas poliméricas de inclusión basadas en el líquido iónico cloruro de metiltrioctilamonio a diferentes concentraciones. De esta forma, pretendemos ampliar el abanico de aplicaciones de las membranas basadas en líquidos iónicos. Para este fin, se utilizó un dispositivo de doble cámara separado por la membrana basada líquido iónico. Los nutrientes analizados fueron nitrato sódico, hidrogenofosfato de sodio, cloruro de calcio y sulfato de magnesio a una concentración de 1 g/l en la fase de alimentación. Posteriormente, se analizó la evolución de la concentración de los nutrientes en la fase receptora y se ajustaron los datos experimentales a un modelo de transporte de solubilización-difusión. Los resultados mostraron unos valores de permeabilidad muy bajos para el cloruro de calcio. Por el contrario, en el caso del hidrogenofosfato de sodio, los valores de permeabilidad fueron más altos y se observó que aumentaron a medida que también lo hizo la cantidad de líquido iónico en la membrana. La superficie de las membranas fue caracterizada antes y después de su uso en el proceso de separación mediante microscopía electrónica de barrido asociada a espectroscopía de dispersión de rayos X (SEM-EDX). El análisis SEM-EDX mostró que las membranas poliméricas de inclusión estudiadas son estables al contacto con las disoluciones acuosas de los nutrientes y podrían utilizarse para el transporte selectivo de los nutrientes analizados. La tecnología de membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos podría implementarse para un control efectivo del transporte de materia entre los compartimente anódico y catódico de una pila de combustible microbiana o una pila de combustible microbiana con desnitrificación heterótrofa en el ánodo. Su naturaleza iónica permitiría el transporte de protones entre ambas cámaras y, por otra parte, el líquido iónico ejercería un control específico sobre las sales componentes de las fase anódicas y catódicas, bien evitando la pérdida de estas en un compartimento específico o permitiendo el paso de uno a otro dependiendo del líquido iónico inmovilizado. Los resultados obtenidos en la presente tesis también podrían resultar de aplicación a diferentes campos como la separación y purificación de mezclas salinas. salt mixtures.

In recent years, the use of membranes based on ionic liquids has been applied in a wide range of separation processes. The main objective of this Thesis is to study the transport of nutrients through polymeric inclusion membranes based on the ionic liquid. Specifically, methyltrioctylammonium chloride was used at different concentrations in the liquid membrane. In this way, we intend to broaden the range of applications of membranes based on ionic liquids. For this purpose, a dual chamber device separated by the polymeric ionic liquid membrane was used. The nutrients analyzed were, sodium nitrate, sodium hydrogen phosphate, calcium chloride and magnesium sulphate. Subsequently, the evolution of the nutrient concentration in the reception phase was analyzed for 7 days (168 h) and the permeability values were adjusted to a solubilization-diffusion transport model. The results showed very low permeability values for Calcium Chloride. On the contrary, the permeabilities values for Sodium Hydrogen Phosphate were higher than for calcium chloride. It was also observed that they increased of the ionic liquids immobilized in the membrane involved an increasing of the permeability values. The surface of the membranes was characterized before and after their use in the experiments using scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X ray spectroscopy (SEM-EDX). The SEM-EDX analysis showed that the polymeric ionic liquid inclusion membranes were stable in contact with aqueous nutrient solutions.

The technology of polymeric inclusion membranes based on ionic liquids could be implemented for effective control of matter transport between the anodic and cathodic compartments of a microbial fuel cell or a microbial fuel cell with heterotrophic denitrification at the anode. Its ionic nature would allow the transport of protons between both chambers, and, on the other hand, the ionic liquid would exercise specific control over the component salts of the anodic and cathodic phases, either avoiding their loss in a specific compartment or allowing the passage of one to another depending on the immobilized ionic liquid. The results obtained in this thesis could also be applied to different fields such as the separation and purification of salt mixtures.