Molecular probesan innovative technology for monitoring membrane processes

Resumen

El objetivo final de este estudio es el uso de una tecnología innovadora basada en el uso de sondas moleculares que actúan como sensores. La tecnología desarrollada contribuye al avance de la ingeniería de membranas, específicamente al control in situ de los procesos fisico-químicos que tienen lugar en su estructura porosa. El desarrollo de esta tecnología ha hecho posible obtener un buen control en la cuantificación de la temperatura y concentración de oxígeno presente en las membranas, alcanzándose una resolución sub-micrométrica. Se ha desarrollado un sensor óptico (sonda) para detectar y cuantificar la presencia de oxígeno mediante la inmovilización de tris (1, 10-fenantrolina) rutenio (II) (Ru(phen)3) en una membrana polimérica densa de poliestireno (PS) o poli (3-hidroxibutirato-co -3-hidroxivalerato) (PHBV). La emisión espectral de la sonda era sensible tanto a la temperatura de la membrana como a la presencia de oxígeno. Por otra parte, la sensibilidad de la sonda al oxígeno se vio afectada por la permeabilidad de las moléculas de oxígeno a través de la membrana. La cuantificación de la concentración de oxígeno no es trivial y suele estar sujeta a errores de emisividad generados por artefactos espectrales, ya que la emisión de una única sonda depende de varios parámetros, como por ejemplo el camino óptico o la intensidad de la fuente de excitación. La corrección de estos artefactos se obtuvo mediante la inmovilización de una segunda molécula luminiscente no sensible al oxígeno, cumarina. En este proyecto se ha evaluado el potencial del sensor luminiscente radiométrico para la monitorización no invasiva de oxígeno en el envase de alimentos, utilizando para ello películas poliméricas con diferente permeabilidad al oxígeno. Se ha estudiado en mayor profundidad la eficiencia del sensor óptico para el análisis on-line, utilizando para ello la medida in situ y no invasiva de la luminiscencia de las sondas. La monitorización de la presencia de oxígeno se realizó mediante la comparación de los datos experimentales de la emisión de las sondas con los datos de permeación de oxígeno a través del embalaje. Además, se ha elaborado una sonda térmica, nanotermómetro, basada en el dopado de nanopartículas de silice con Ru(phen)3. Un estudio sistemático muestra cómo es posible controlar las propiedades luminiscentes de las nanopartículas, así como su sensibilidad a la medida de la temperatura. El nano-termómetro se inmovilizó sobre la superficie de la membrana, proporcionando información muy precisa sobre la temperatura en la superficie de la misma. Finalmente, se ha desarrollado una membrana porosa hidrófoba de poli(fluoruro de vinilideno) mediante la técnica de electrohilado. Dicha membrana se ha empleado en un proceso de destilación por contacto directo. Mediante el uso de las anteriores sondas descritas basadas en Ru(phen)3 y el desarrollo de un módulo de membrana con acceso óptico, se ha podido estudiar la distribución térmica de la membrana en las diferentes condiciones de destilación estudiadas.