Preparazione e caratterizzazione di membrane polimeriche contenenti liquidi ionici per separazione di gas

La separazione di miscele di gas e vapori è il processo centrale di molteapplicazioni industriali, come la separazione di metano dal biogas, dei compostiorganici volatili (VOCs) da correnti gassose provenienti da processi chimici,produzione di azoto dall'aria e arricchimento dell'aria in ossigeno, ma anche perrecupero della CO2 previa separazione dall'azoto da fumi di combustione,operazione molto importante per poter arginare il riscaldamento globale.La scienza delle membrane, e la tecnologia ad essa collegata si stanno muovendomolto nel campo chiamato "membrane gas separation". Numerosi sono i gruppi diricerca in tutto il mondo che si affacciano in questo campo, ed uno di essi è presenteall'Istituto per la Tecnologia delle Membrane del CNR, presso cui è stato svoltoquesto lavoro di tesi.Il mondo scientifico conscio dell'impatto ambientale che alcuni composti chimiciadoperati in laboratorio possono avere, sta dirigendo i suoi interessi verso la "GreenChemistry", ovvero la ricerca di una chimica compatibile con l'ambiente. Correntedi questa nuova chimica è la ricerca di nuovi solventi che possano sostituire icomposti organici volatili. Particolare attenzione viene riposta sui liquidi ionici,materiali che brutalmente possono essere definiti come sali fusi a temperatureambiente o ad essa prossime. Questi hanno molteplici caratteristiche quali la bassatensione di vapore, la possibilità di combinare un elevato numero di anioni ecationi, e la stabilità termica che li rendono appetibili per innumerevoli scopi.Dalla fusione dello sviluppo della chimica dei liquidi ionici, e dall'avanzamentodella scienza delle membrane nella separazione di gas, è scaturita una nuova classedi membrane, le SILMs acronimo di "supported ionic liquid membranes".L'anima di questo lavoro di tesi è stata proprio la sperimentazione di nuovimateriali per l'avanzamento in questo campo, e nuove tecniche di preparazione.Premessa2Tre tipi di polimero, e tre tipi di liquidi ionici sono stati al centro dell'indagine persintetizzare delle membrane composte da un polimero ed un liquido ionico a diverseconcentrazioni, e ne sono state indagate le proprietà meccaniche, le proprietà ditrasporto ed in alcuni casi le proprietà termiche.Sono stati studiati polimeri con differente grado di cristallinità, un semicristallino edue elastomeri con un grado di cristallinità doppio dell'uno rispetto all'altro. Lascelta dei liquidi ionici è invece ricaduta nella classe che può esser definita comeTSIL "Task-Specific Ionic Liquid"; materiali che per loro struttura presentano altivalori di solubilità per la CO2.Sono state sintetizzate quattro serie di membrane, ed ognuna di esse è composta daalmeno cinque campioni di differente concentrazione in liquido ionico nella matricepolimerica.Le procedure di preparazione eseguite in questo lavoro di tesi non ricalcano quantoriportato sino ad ora in letteratura sulle SILMs, anche in considerazione del fattoche si è scelto di preparare membrane dense contenenti liquido ionico mediantetecniche di inversione di fase più innovative rispetto alla "tradizionale"impregnazione con liquidi ionici di membrane porose