PVC modificado con óxido de grafeno para la fabricación de membranas para filtrado de aguas

Abstract

RESUMEN: En esta tesis se estudian compósitos de cloruro de polivinilo (PVC) con óxido de grafeno (GO) para la fabricación de membranas para filtración de aguas. El GO ha sido empleado con resultados satisfactorios en investigaciones de filtración de aguas residuales y desalinización de agua, sin embargo, las combinaciones de GO con otros polímeros o la utilización de GO al 100% para esta aplicación es poco viable por su alto costo. Al utilizar PVC en combinación con GO se pueden modificar las propiedades mecánicas del PVC con GO, además de reducir el costo que pueden tener las membranas de GO. En este trabajo se fabricaron membranas con diferentes proporciones de GO@PVC por un método de mezcla seca, para estudiar el efecto sobre las propiedades mecánicas (tensión, elongación, módulo de Young), permeabilidad y retención de sólidos, colorantes y solventes, para evaluar el rango de aplicabilidad de las membranas. La morfología y la distribución del GO en la matriz de PVC se estudiaron por microscopía electrónica de barrido, encontrándose que el GO se distribuye uniformemente en la matriz. La estructura molecular y la microestructura se estudiaron por espectroscopia de infrarrojo y Raman, lo que permitió determinar que no hay enlace químico entre el PVC y el GO, y que el GO queda embebido en la matriz de PVC. Se estudiaron las propiedades térmicas, la integridad estructural y permeabilidad, concluyéndose que las membranas son estables hasta 300 ºC y que el GO no se eluye del compósito durante la filtración en vacío. Se encontró que la permeabilidad se incrementa con la proporción de GO y por fluorescencia de rayos X se detectó una retención parcial de los iones Ba2+, Sb3+ y Mg+2, de la filtración de agua de mar sintética. Se propone el método para fabricar membranas basadas en PVC con óxido de grafeno disperso, con aditivos de proceso que permitan la completa dispersión del GO en la matriz hidrofóbica. Las membranas pueden ser utilizadas para la retención de colorantes o aceites en agua los cuales son adsorbidos en la matriz de carbono del GO, y para la retención parcial de metales pesados, divalentes y trivalentes, donde intervienen para su retención los grupos funcionales del GO. ABSTRACT: In this thesis composites of polyvinyl chloride (PVC) with graphene oxide (GO) to produce membranes for water filtration are studied. The GO has been used with satisfactory results in investigations of wastewater filtration and water desalination, however, combinations of GO with other polymers or the use of 100% GO for this application is not viable due to its high cost. By using PVC in combination with GO, the mechanical properties of PVC with GO can be modified, reducing the cost of GO membranes. In this work, membranes with different proportions of GO @ PVC were fabricated in a dry blend preparation, to study the effect of the GO/PVC ratio on the mechanical properties (tension, elongation, Young's modulus), permeability and retention of solids, dyes and solvents. The morphology and distribution of GO in the PVC were studied by scanning electron microscopy finding GO is well distributed in the PVC matrix. The molecular structure and microstructure were studied by infrared and Raman spectroscopy, which allow to know the interaction between the PVC and GO is not a chemical bond, and that the GO is embedded in the PVC matrix. The thermal properties, the structural integrity and permeability were studied, concluding that the membranes are stable up to 300 °C and the GO is not eluted from the composite during filtration with vacuum system. It was also found that the permeability is increased in function of the GO proportion up; and by X ray fluorescence it was detected a partial retention of the Ba2+, Sb3+ y Mg+2. The method for manufacturing PVC-based membranes with dispersed graphene oxide is proposed, with additives for process that allow the complete dispersion of GO in the hydrophobic matrix. The membranes can be used for the retention of dyes or oils in water which are adsorbed on the GO carbon matrix, and for the partial retention of heavy, divalent and trivalent metals, where the functional groups of the GO intervene in their retention.