Polietilenimina

Polietilenimina
Nombre IUPAC
Poli(iminoetileno)
General
Otros nombres	Poliaziridina Poli[imino(1,2-etanodiilo)]
Fórmula semidesarrollada	(C2H5N)n, forma lineal H(NHCH2CH2)nNH2, forma ramificada
Fórmula molecular	?
Identificadores
Número CAS	9002-98-6, forma ramificada[1]​
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La Polietilenimina (PEI) es un polímero obtenido a partir de monómeros de etilenimina. Según su estructura molecular, este compuesto puede ser lineal o ramificado. En su estructura, el PEI contiene una gran cantidad de grupos amino, que pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según si presentan dos, uno o ningún enlace con átomos de hidrógeno. El PEI lineal sólo presenta grupos amino secundarios, a diferencia del PEI ramificado, que contiene los tres tipos de grupos amino.

Las polietileniminas lineales son sólidos a temperatura ambiente, mientras que las ramificadas son líquidas. Además, las polietileniminas lineales son solubles en agua caliente a bajo pH, en metanol, etanol y cloroformo. Son, sin embargo, insolubles en agua fría, benceno, éter etílico y acetona. Tienen un punto de fusión entre 73 y 75 °C y se pueden almacenar a temperatura ambiente.

Debido a su alto contenido en grupos amino, tanto la polietilenimina lineal como la ramificada han despertado un gran interés para su empleo en captura y almacenamiento de carbono, ya que los grupos amino, de naturaleza básica, presentan una gran reactividad frente a las moléculas de dióxido de carbono (CO₂), con carácter ácido.^[2]​ En concreto, este tipo de compuestos se suele emplear impregnado en el interior de la estructura de sólidos o matrices porosas. Los materiales obtenidos se utilizan en procesos de adsorción química (quimisorción) de CO₂.

El primer uso registrado de la polietilenimina para captura de CO₂ estuvo motivado por la necesidad de eliminar este gas en aeronaves, debido a que es un subproducto de la respiración. Se llevó a cabo impregnando una matriz polimérica con PEI.^[3]​

Después de ello, se escogió como soporte MCM-41, un material silíceo mesoestructurado con geometría hexagonal, en cuyos poros se consiguió incorporar grandes cantidades de PEI. Al sólido adsorbente obtenido se le denominó "cesta molecular".^[4]​ Los adsorbentes MCM-41-PEI alcanzaron capacidades de adsorción de CO₂ significativamente mayores que el polímero o el material silíceo por separado. Los autores explican este resultado como consecuencia de un efecto sinérgico debido a la dispersión del polímero en el interior de la estructura porosa del material MCM-41.

Debido a los resultados prometedores alcanzados por estos materiales, se pensó en emplear este tipo de adsorbentes para la captura de CO₂ en post-combustión, es decir, capturar selectivamente el dióxido de carbono de entre los gases de salida de grandes fuentes estacionarias, como centrales térmicas, cementeras... por lo que se comenzaron a estudiar los sistemas sílice-PEI con más detalle, para conocer la capacidad de adsorción de CO₂ y las selectividades frente al oxígeno (CO₂/O₂) y el nitrógeno (CO₂/N₂),^[5]​^[6]​ principales componentes del aire y de los gases de salida de chimeneas en centrales térmicas .

Además, también se ha impregnado PEI sobre otros materiales, como matrices de fibra de vidrio^[7]​ y monolitos.^[8]​ No obstante, si se desean emplear los materiales adsorbentes obtenidos en captura de CO₂ en post-combustión, se debe asegurar un comportamiento adecuado en condiciones reales (temperaturas entre 45-75 °C y presencia de humedad), por lo que es necesario usar como soporte materiales con mayor estabilidad térmica e hidrotérmica que el material MCM-41, como es el caso de la sílice SBA-15.^[9]​ También es necesario asegurar la reusabilidad de estos compuestos (sucesivos ciclos de adsorción-desorción), así como comprobar su comportamiento en presencia de impurezas, como el dióxido de azufre (SO₂).