{"id":5169,"date":"2024-02-06T08:51:07","date_gmt":"2024-02-06T08:51:07","guid":{"rendered":"http:\/\/fluidnatek.com\/?p=5169"},"modified":"2025-06-23T08:35:07","modified_gmt":"2025-06-23T08:35:07","slug":"bipolar-membranes-with-3d-electrospun-junction-and-polymeric-catalyst-for-energy-applications-hydrogen-production","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fluidnatek.com\/es\/bipolar-membranes-with-3d-electrospun-junction-and-polymeric-catalyst-for-energy-applications-hydrogen-production\/","title":{"rendered":"Membranas bipolares con uni\u00f3n electrohilada 3D y catalizador polim\u00e9rico para aplicaciones energ\u00e9ticas: producci\u00f3n de hidr\u00f3geno…"},"content":{"rendered":"

El objetivo de este art\u00edculo es investigar el uso de uniones de membranas 3D obtenidas mediante electrohilado para mejorar el proceso catal\u00edtico en membranas bipolares (BPM) utilizadas en procesos de disociaci\u00f3n del agua. Para ello, se comparan las membranas bipolares con uniones 2D fabricadas por laminaci\u00f3n con las uniones 3D entrelazadas fabricadas por electrohilado, utilizando los mismos pol\u00edmeros para la capa ani\u00f3nica y cati\u00f3nica. Adem\u00e1s, se ha investigado el uso del pol\u00edmero P4VP como catalizador para la reacci\u00f3n. <\/p>\n

Introducci\u00f3n<\/h2>\n

Las membranas bipolares (BPM) son un tipo de membrana que permite el intercambio i\u00f3nico. Las BPM se utilizan para disociar el agua en muchos procesos basados en la electrodi\u00e1lisis, lo que da lugar a hidr\u00f3xidos (OH-) y protones (H+) a partir de una soluci\u00f3n neutra. Las aplicaciones industriales de las BPM incluyen la producci\u00f3n y purificaci\u00f3n de \u00e1cidos y bases, la captura de CO2, las bater\u00edas de flujo y las pilas de combustible,<\/a> entre otras.
Las BPM est\u00e1n compuestas por dos capas cargadas adyacentes: una capa de intercambio ani\u00f3nico (AEL) y una capa de intercambio cati\u00f3nico (CEL), que se unen mediante diferentes t\u00e9cnicas. La superficie de contacto entre las dos capas de intercambio se denomina uni\u00f3n de membrana. Esta uni\u00f3n es generalmente bidimensional (2D) y es donde tiene lugar el proceso electrocatal\u00edtico de disociaci\u00f3n del agua.
Los BPM convencionales se fabrican alternando capas sucesivas de intercambio de aniones y cationes, que se unen o se prensan a altas presiones y temperaturas. Los BPM tambi\u00e9n pueden fabricarse fundiendo las diferentes capas de intercambio de aniones y cationes de forma controlada y secuencial.
Los BPM actuales tienen ciertas limitaciones, como una baja tasa de disociaci\u00f3n del agua y una estabilidad deficiente en condiciones adversas. Para superar estas limitaciones, los autores de esta publicaci\u00f3n proponen fabricar las uniones de membrana de los BPM mediante electrospinning. En este caso, se depositan nanofibras de diferentes materiales polim\u00e9ricos utilizados en las capas ani\u00f3nicas y cati\u00f3nicas en la uni\u00f3n de la membrana para aumentar la zona de contacto entre las capas de intercambio. Esto genera una estructura tridimensional (3D) entrelazada y abierta que facilita el transporte de agua dentro del BPM, aumentando as\u00ed la eficiencia del proceso de disociaci\u00f3n. Adem\u00e1s, tambi\u00e9n proponen el uso de catalizadores polim\u00e9ricos, en particular P4VP.<\/p>\n

Materiales y m\u00e9todos<\/h2>\n

Se utilizaron dos tipos diferentes de pol\u00edmeros para fabricar las membranas. El pol\u00edmero utilizado como intercambiador cati\u00f3nico fue SPEEK (poli(\u00e9ter \u00e9ter cetona) sulfonado). El pol\u00edmero utilizado como intercambiador de aniones fue FAA-3. En ambos casos, el disolvente utilizado fue DMAc (dimetilacetamida). Por otro lado, existen diferentes catalizadores que pueden utilizarse junto con el BPM para acelerar el proceso de disociaci\u00f3n del agua. En este trabajo se ha investigado el uso del P4VP (poli(4-vinilpirrolidina)) como catalizador incorpor\u00e1ndolo a la uni\u00f3n de la membrana de algunos de los BPM fabricados.
En concreto, en este trabajo de investigaci\u00f3n se han fabricado 5 tipos diferentes de BPM:
– 2 BPM con uni\u00f3n 2D mediante laminaci\u00f3n y prensado en caliente: uno sin catalizador y otro con P4VP electroestirado en la uni\u00f3n antes de la laminaci\u00f3n.
– 3 BPM con uni\u00f3n entrelazada en 3D mediante electrospinning y posterior prensado en caliente: uno sin catalizador, otro con un 7,7 % en peso de P4VP en las fibras FAA-3 en la uni\u00f3n y otro con un 15 % en peso de P4VP en las fibras FAA-3, tanto en la uni\u00f3n como en el AEL.
El equipo de electrospinning utilizado para fabricar los BPM con uni\u00f3n 3D fue un Fluidnatek LE-50 equipado con dos emisores independientes montados en dos ejes de traslaci\u00f3n para el electrospinning simult\u00e1neo de las soluciones SPEEK y FAA-3. El equipo tambi\u00e9n incorporaba una unidad de control ambiental (ECU) para establecer y mantener con precisi\u00f3n las condiciones de temperatura y humedad requeridas durante el proceso.
Las membranas fabricadas se caracterizaron morfol\u00f3gicamente utilizando im\u00e1genes SEM (microscop\u00eda electr\u00f3nica de barrido) y EDS (espectroscopia de rayos X de dispersi\u00f3n de energ\u00eda). La caracterizaci\u00f3n de las propiedades electroqu\u00edmicas se llev\u00f3 a cabo utilizando una celda de prueba casera de cinco compartimentos que permit\u00eda medir la eficiencia de la corriente y el OCV (voltaje de circuito abierto).<\/p>\n

Resultados<\/h2>\n

Los resultados obtenidos muestran que los BPM fabricados mediante electrospinning con uni\u00f3n 3D ofrecen un mayor rendimiento en el proceso de disociaci\u00f3n del agua en comparaci\u00f3n con los BPM con uniones laminadas 2D, ya que las uniones 3D entrelazadas ofrecen una mayor superficie de intercambio espec\u00edfica para la disociaci\u00f3n. Por otro lado, los resultados tambi\u00e9n muestran que el uso de un catalizador polim\u00e9rico como el P4VP mejora el rendimiento del proceso de disociaci\u00f3n del agua debido al aumento del n\u00famero de sitios activos adicionales para la reacci\u00f3n.
El aumento del rendimiento y la estabilidad en el proceso de disociaci\u00f3n del agua que ofrecen los BPM 3D fabricados mediante electrohilado los convierte en candidatos ideales para aplicaciones como la desalinizaci\u00f3n, la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno y el almacenamiento de energ\u00eda<\/a>.<\/p>\n

Referencias:
ACS Appl. Materiales energ\u00e9ticos. 2021, 4, 3724-3736<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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