Fidel Rodríguez González

Título Tesis: Estudio de las propiedades de transporte de gases a través de membranas de polímeros de microporosidad intrínseca que contienen unidades de aril-ftalimidas
Profesor (a) Guía: Alain Tundidor / Ana Lilian Montero (Universidad Tecnológica Metropolitana)
Defensa de Tesis Doctoral: 28 de mayo del 2024

Resumen

Este trabajo aborda la síntesis y caracterización de 11 polímeros de microporosidad intrínseca (PIMs) con potenciales aplicaciones para la separación de gases. Los PIMs fueron obtenidos mediante una reacción de doble sustitución nucleofílica aromática, a partir de 11 monómeros tetrafluoro-N-arilftalimidas sintetizados en el laboratorio y el monómero comercial 5,5′,6,6′-tetrahidroxi-3,3,3′,3′- tetrametil-1,1'-espiro-bisindano. Ocho de los monómeros tetrafluorados y los correspondientes polímeros se reportan por primera vez. La investigación se centró en la evaluación del efecto de diferentes grupos laterales arilos sobre las solubilidades y propiedades de transporte de gases de los PIMs obtenidos. Se emplearon técnicas espectroscópicas de IR y RMN para caracterizar las estructuras químicas de los precursores, monómeros y polímeros.  Las pruebas de solubilidad de los PIMs revelaron que solamente los monómeros tetrafluoro-N-aril-ftalimidas con sustituciones en ambas posiciones orto del grupo arilo producen polímeros solubles. En consecuencia, se lograron obtener siete membranas estables térmicamente hasta los 450 °C. La naturaleza amorfa y ultramicroporosa de estas membranas se demostró mediante la combinación de técnicas experimentales y cálculos computacionales basados en modelos estructurales obtenidos a través del algoritmo de polimerización simulada Polymatic. La correlación obtenida entre el área superficial simulada para los modelos computacionales y los valores medidos de áreas superficial BET, permitió proponer una función lineal para predecir el comportamiento de nuevos PIMs con estructuras similares a las abordadas en este trabajo. Se logró demostrar que las propiedades de transporte de gases de los PIMs obtenidos dependen de la posición y volumen de los sustituyentes alquilos que forman parte de los grupos laterales arilos enlazados a las unidades de ftalimida. Se debe resaltar que todos los polímeros obtenidos superan en rendimiento a los materiales que han acaparado la mayor atención del mercado de membranas para la separación de gases a nivel industrial durante los últimos 40 años.