Preparation and characterization of flat and hollow fiber membranes for CO2 separation

RESUMEN: La mitigación del cambio climático es uno de los principales retos del siglo XXI. El dióxido de carbono (CO2) se considera uno de los principales gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global. La captura, almacenamiento y uso de CO2 es una solución propuesta para reducir las emisiones a la atmósfera a corto plazo. Hasta ahora, la única tecnología de captura de CO2 en post-combustión implementada a gran escala es la absorción química con aminas que presenta una serie de inconvenientes. La tecnología de membranas presenta una serie de ventajas. Para constituir una alternativa en captura de CO2, las membranas tienen que presentar buenas propiedades térmicas y mecánicas, así como ser suficientemente robustas en operaciones a largo plazo, tener altas permeabilidades y selectividades y resistencia a la humedad y otras impurezas presentes en las corrientes de gases. La presente tesis doctoral tiene como objetivo la preparación y caracterización de membranas robustas con elevada permeabilidad y selectividad, así como el estudio del cambio de geometría de membranas planas a membranas compuestas de fibra hueca y la integración de nuevas membranas en el proceso de captura de CO2 tras la combustión.ABSTRACT: The mitigation of climate change is one of the main challenges of the XXI century. Carbon dioxide (CO2) is considered one of the major greenhouse gases that contribute to the global warming. Carbon capture, utilization and storage (CCUS) is a proposed solution to reduce CO2 atmospheric emissions in the short term. Currently, the only post-combustion CO2 capture technology implemented at large scale is the chemical absorption with amines that presents a series of drawbacks. Membrane technology presents some advantages over conventional CO2 capture technologies. In order to constitute an alternative in CO2 capture, membranes have to meet good thermal and mechanical properties, as well as be robust enough to long-term operations, present high permeabilities and moderate selectivities and resist to humidity and other impurities of gas streams. This thesis aims at the preparation and characterization of robust membranes with high permeability and selectivity in CO2/N2 separation, as well as the study of the change of geometry from flat to composite hollow fiber membranes and their integration in post-combustion CO2 capture processes.Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España a través de los proyectos CTQ2012-31229 “Nuevas membranas selectivas para la separación de CO2” y CTQ2016- 76231-C2-1-R “Diseño multiescala de procesos de captura y utilización de dióxido de carbono”. Durante Durante la ejecución del presente trabajo, su autora, Ana Fernández Barquín, ha disfrutado de un contrato predoctoral para la formación de doctores del Ministerio de Economía y Competitividad de España concedido por resolución de 4 de diciembre de 2013, con referencia BES-2013-064266. Asimismo, Ana Fernández Barquín ha disfrutado de una ayuda a la movilidad predoctoral para la realización de estancias breves del Ministerio de Economía y Competitividad de España concedida por resolución de 7 de junio de 2017, con referencia EEBB-I-17- 12097, para la realización de una estancia breve de investigación de tres meses de duración en la Universitàt di Bologna (Italia). Por todo ello, se expresa el más sincero agradecimiento hacia dichas instituciones y entidades