Estudio de la selectividad y heterogeneidad de una membrana de intercambio catiónico de polipirrol sobreoxidado empleando cronopotenciometría

Abstract

El uso de membranas de intercambió iónico (MII) se ha incrementado en los últimos años debido a que poseen múltiples aplicaciones, los estudios se han enfocado a modificar las membranas comerciales existentes y a la síntesis de nuevos materiales que puedan ser utilizados como MII. En este trabajo se abordó el estudio del polipirrol sobreoxidado (OPPy) como membrana de intercambio catiónico, dado que este material se caracteriza por presentar cargas fijas negativas, y probada selectividad a especies catiónicas, además de tener características que pudieran promover la electroconvección. El estudio se puede dividir en tres partes: (1) Encontrar las condiciones experimentales para obtener una MII a base de OPPy homogénea y que el método sea reproducible. (2) Caracterización de algunas propiedades de las MII y (3) Estudio del proceso de intercambio iónico utilizando el método de cronopotenciometría y del número de transporte, el cual se determinó por celdas de concentración. En cuanto a la síntesis del material, ésta se basó en un método previamente reportado, basado en usar una celda típica de tres electrodos, el electrodo de trabajo fue pasta de carbono en la que se inmovilizó un material sobre el que se deposita el polipirrol y posteriormente se realiza la electroxidacón del mismo. Después de haber utilizado diferentes materiales como soporte, diferentes soluciones y distintas técnicas electroquímicas se encontró que la homogeneidad depende de la composición de la pasta de carbono, encontrándose que a media que incrementa la cantidad de nujol en la pasta de carbono, el depósito se distribuye más uniformemente. En la parte de caracterización, se encontró que la conductividad del material es congruente con la de un conductor iónico como lo es el OPPy y que su permeabilidad es mayor con respecto al del PPy debido al incremento de su hidrofilicidad, por los grupos funcionales producidos durante la sobreoxidación. Los números de transporte obtenidos a partir de las celdas de concentración muestran que la selectividad de la MII a base de OPPy es similar e incluso mejor que la de una MII comercial. Por otra parte, los resultados de las pruebas cronopotenciométricas indican que la electroconvección se favorece en el OPPy.

The use of ion exchange membranes (IEM) has increased in recent years due to their multiple applications, studies have focused on modifying existing commercial membranes and the synthesis of new materials that can be used as IEM. In this work, the study of overoxidized polypyrrole (OPPy) as a cation exchange membrane was addressed, given that this material is characterized by presenting fixed negative charges, and proven selectivity to cationic species, in addition to having characteristics that could promote electroconvection. The study can be divided into three parts: (1) Find the experimental conditions to obtain a homogeneous IEM based on OPPy and that the method is reproducible. (2) Characterization of some properties of the IEM and (3) Study of the ion exchange process using the chronopotentiometry method and the transport number, which was determined by concentration cells. Regarding the synthesis of the material, this was based on a previously reported method, based on using a typical cell with three electrodes, the working electrode was carbon paste the material used as support (waxed paper) was adhered on carbon paste electrode, polypyrrole was deposited, subsequently, the electrooxidation of the same was carried out. After having used different materials as support, different solutions and different electrochemical techniques, it was found that homogeneity depends on the composition of the carbon paste, finding that as the amount of nujol in the carbon paste increases, the deposit is distributed more evenly. In the characterization part, it was found that the conductivity of the material is consistent with that of an ionic conductor such as OPPy and that its permeability is greater than that of PPy due to the increase in its hydrophilicity, due to the functional groups produced during the process. the overoxidation. The transport numbers obtained from the concentration cells show that the selectivity of the IEM OPPy-based is similar to and even better than that of a commercial IEM. On the other hand, the results of the chronopotentiometric tests indicate that electroconvection is favored in the OPPy.