Estudio de la deposición no electroquímica de paladio para la obtención de membranas altamente permeoselectivas al hidrógeno

Abstract

En la actualidad, aproximadamente el 80% de la demanda energética mundial proviene de los combustibles fósiles, generando problemas medioambientales, de dependencia y de abastecimiento. Por esto, en las últimas décadas, el hidrógeno está ganando en importancia tanto en industria como en aplicaciones para el sector energético, lo que repercutirá en un aumento de las necesidades de producción que cambiará la situación actual. Para que esto sea una realidad es necesaria la optimización tanto de los procesos de producción de hidrógeno como los de purificación. En este sentido, la tecnología de membranas y en concreto las de paladio esta cobrando importancia debido a que son muy selectivas hacia el hidrógeno. Su aplicación a escala industrial requiere resolver problemas como su estabilidad mecánica, su estabilidad térmica (fragilización por hidrógeno), el envenenamiento por monóxido de carbono y azufre, y la difusión intermetálica entre otros. Para ello, se preparan membranas soportadas, y con incorporación de metales en la capa de paladio para solventar estos inconvenientes. Los métodos de síntesis de estas membranas son muy diversos. En concreto, en este proyecto de investigación se ha estudiado la técnica de la deposición no electroquímica, ya que dadas sus características ha sido uno de los métodos más utilizados desde hace tiempo y hasta la actualidad para la obtención de membranas densas de paladio. Esta técnica consta fundamentalmente de dos etapas: la activación de los soportes y la deposición posterior de paladio sobre los mismos. En el proceso de activación se han estudiado dos métodos similares, el método convencional de sensibilización ¿ activación con estaño y un método más novedoso desarrollado en el presente trabajo en el que se elimina la etapa de sensibilización con estaño. Por un lado, se observó que la renovación de la disolución de activación no es necesaria ya que se obtienen los mismos resultados que no renovándola. Por otro lado, con el método más novedoso se observó que la activación es muy similar a la obtenida con el método convencional. Con este método también se ha estudiado la influencia de la concentración de la disolución de cloruro de paladio y el tiempo de inmersión en dicha disolución, observándose que el óptimo fue de 0,1g/L de cloruro de paladio y 5 minutos en cada ciclo de inmersión en la disolución En el proceso de deposición de paladio se ha estudiado la influencia de diversas variables importantes que afectan directamente al proceso de manera notable. Estas variables son: el tiempo de deposición, la forma de adicionar la hidracina, la temperatura y la concentración de EDTA en el medio. En cuanto a la influencia del tiempo se ha observado que al aumentar el tiempo la deposición de paladio se produce de manera cada vez más homogénea y aumenta el espesor de la capa de paladio, hasta un punto en se reduce de manera considerable la tasa de deposición de paladio en relación con el tiempo transcurrido. En el estudio de la adicción de hidracina se han observando la influencia tanto de la concentración como del número de dosis adicionadas de la misma. En el primer caso se ha observado que dosificándola en pequeñas dosis se consigue que el proceso sea más suave con una mayor compactación de partículas formando un recubrimiento más homogéneo. En cuanto a la concentración de hidracina se observó que es necesario añadirla en exceso, ya que se produce más paladio metálico que si se añadiera solo la cantidad estequiométrica con la que no se reduciría todo el paladio. Si esta concentración se añade de una sola vez se produce mayor cantidad de residuo en el fondo del baño y el paladio se deposita de manera heterogénea disminuyendo el espesor de la capa de paladio, por ello hay que añadirla en exceso y de manera dosificada. La temperatura también ejerce una importante influencia en el proceso de deposición. Así, se ha observado que tanto temperaturas elevadas (70 ºC) como bajas (40 ºC) son desfavorables para el proceso de deposición, teniendo que llegar a un compromiso entre valores de temperatura elevados o no dependiendo del grado de homogeneidad y recubrimiento. Por último se estudió la influencia de la concentración de EDTA en el medio. Este compuesto actúa como estabilizante del baño pero provoca la incorporación de carbono a la capa de paladio, que puede determinarse por la formación de CO2 durante la vida útil de la membrana. Para minimizar esta cantidad de carbono se disminuyó la concentración de EDTA, no observándose, con ello, ningún cambio en la concentración de carbono, y sí en el espesor de los soportes.