L’invenzione riguarda lo sviluppo di una tecnologia di produzione in modalità continua di membrane polimeriche organiche ancorate su sferette di vetro di dimensioni variabili, per la realizzazione di sistemi adsorbenti efficienti, “tailor-made” e pronti all’uso, basati su una combinazione di materiali a basso costo, durevoli, con elevata efficienza operazionale e resistenti nelle condizioni di lavoro. Si tratta di un processo “all-in-one”, modulare, sicuro, altamente controllabile, con possibilità di automazione, che consente la minimizzazione sia di perdita di materiale che dell’esposizione dell’operatore a reagenti/solventi. I sistemi di adsorbimento che si ottengono sono utili in numerosi ambiti industriali, preferibilmente in processi di decontaminazione e/o potabilizzazione delle acque.
Stato del brevetto
DEPOSITATO
Numero di priorità
102020000032957
Data di priorità
31/12/2020
Licenza
ITALIA
Mercato
Le aree di applicazioni principali del brevetto sono:
Problema
L’utilizzo di membrane per il trattamento di acque reflue, marine e salmastre è notevolmente aumentato nell’ultimo decennio; ciò è dovuta alla loro applicabilità in processi su larga scala, alla adattabilità nelle diverse condizioni di operazione, e alla possibilità di lavorare in condizioni energetiche sostenibili. In particolare, le membrane a base di poli(etere-etere-chetone) solfonate (“SPEEK”), anche reticolate, trovano largo impiego in processi di nanofiltrazione/osmosi inversa. L’ancoraggio di membrane su materiali di diversa natura per realizzare sistemi di filtraggio è comprovato, ed ha come vantaggio principale quello di aumentare l’area superficiale della membrana stessa dando origine a una maggiore efficienza.
Limiti attuali tecnologie / Soluzioni
I processi tipici di rivestimento delle membrane su vetro esistenti impiegano tecniche di immersione, di deposizione (“casting”) e di “spray”, che sono di difficile applicabilità per protocolli su larga scala, per la scarsa capacità di produrre un rivestimento omogeneo, oltre che alle difficoltà tecniche che risiedono nello “scale up” della tecnologia in sé.
Lo sviluppo di tecnologie di rivestimento in modalità continua è tuttora un campo largamente inesplorato. La letteratura (anche brevettuale) relativa alla realizzazione in flusso continuo di “coating” polimerici organici, con particolare riferimento a membrane a scambio ionico, su sfere di vetro o altri materiali granulari è assente. L’utilizzo di sistemi in modalità continua può garantire la formazione di “coating” omogenei, in tempi di processo notevolmente ridotti.
Killer Application
Tecnologia e nostra soluzione
La tecnologia è finalizzata alla produzione di sistemi di adsorbimento da impiegare in colonne a letto fisso utili in numerosi ambiti industriali, preferibilmente processi di decontaminazione e/o potabilizzazione delle acque. In particolar modo, viene realizzato il rivestimento di sferette di vetro con membrane a scambio ionico tipo poli (etere-etere-chetone) solfonato (SPEEK) utilizzando la tecnica di flusso continuo. Si utilizzano membrane SPEEK preferibilmente reticolate, aventi un alto grado di solfonazione e una polarità strutturale che assiste l’ancoraggio su vetro. La reticolazione conferisce alla membrana una notevole stabilità chimica e robustezza fisica oltre alla capacità di limitarne il rigonfiamento, per esempio in mezzo acquoso, permettendo dunque di lavorare in condizioni di pressione contenute.
Più specificatamente, è prevista la realizzazione in modalità continua dei seguenti processi in sequenza: (i) ricoprimento delle sferette di vetro con membrana a scambio ionico, (ii) reticolazione in situ della membrana a scambio ionico utilizzando dimetilsolfossido (DMSO), classificato non pericoloso dalla vigente normativa sulle sostanze chimiche; (iii) controllo della porosità del sistema mediante ausilio di un gas inerte, preferibilmente azoto, (iv) lavaggio e (v) essiccamento. Mediante tecniche analitiche integrate è stato possibile dimostrare l’omogeneità marcatamente superiore del “coating” ottenuto in flusso continuo rispetto a quello ottenuto con processo discontinuo, che rappresenta lo stato dell’arte.
Vantaggi
La tecnologia permette di realizzare, in maniera riproducibile, sistemi adsorbenti basati su materiali a basso costo, ed aventi capacità di scambio ionico, robustezza, porosità variabili in base alle esigenze di applicazione (sistemi “tailor-made”). Più specificatamente, apre la possibilità di realizzare:
Roadmap
Il TRL attuale della tecnologia è 3; si stanno compiendo studi per la validazione in laboratorio (TRL 4) e in ambiente rilevante (TRL 5).
Si prevede anche l’incorporazione, nel materiale base costituente la membrana, di micro- e nano-particelle di materiali inorganici/ibridi che ne aumentino la capacità adsorbente e/o la stabilità dimensionale, più specificamente fosfati/fosfonati di zirconio e/o metal organic framework (MOF). Un aspetto estremamente importante in questa tecnologia è relativo al fatto che il sistema in flusso può, in linea di principio, essere automatizzato con uno sforzo molto inferiore rispetto ai processi in discontinuo (“batch”) e con un livello di controllo più efficiente, il che è considerate un beneficio anche dal punto di vista della sicurezza.
Si auspica lo sviluppo della tecnologia in collaborazione con SME attive, per esempio, nel settore delle componenti per sistemi di separazione e gestione di fluidi derivanti da processi industriali, trattamento acque reflue e primarie.
TRL
Team
