Sviluppo di sistemi MOF e ibridi MOF-polimero per concentratori ad elevata efficienza di ossigeno medicale

What is going to be the future of medical oxygen concentrators? The reduction of energy consumption and the reduction in size are just the main streams for using these devices in emergency condition or in limited economic resources situation. Porous materials such as MOFs (Metal Organic Frameworks), as part of this project, have been studied and synthesized for their ability to separate oxygen from nitrogen present in the air, selectively adsorbing oxygen. This property makes MOFs particularly promising to overcome the limitations of current zeolite-based oxygen concentrators, open a new way for their future use within the PSA (Pressure Swing Adsorption) technology. MOFs synthesized through various methodologies and reagent combinations are characterized through PXRD (Powder X-Ray Diffraction) analysis, SEM (Scanning Electron Microscopy) images and optical microscope images. Finally, some of them are tested to evaluate the ability to adsorb oxygen, both using a fluorescence sensor and the gas chromatography. Some of these MOFs are also used to produce MMMs (Mixed-Matrix Membranes): adsorbent filters made up of MOFs particles embedded and dispersed in a polymer matrix to be used for the MGS (Membrane Gas Separation): a further technology for reducing the device and its energy consumption. Membranes are manufactured using solvent casting or electrospinning techniques and characterized through SEM analysis.

Quale sarà il futuro dei concentratori di ossigeno in ambito medicale? La riduzione del consumo energetico e la riduzione delle dimensioni sono solamente alcuni degli obiettivi che si intendono raggiungere per impiegare questi dispositivi di supporto respiratorio durante le situazioni emergenziali o in contesti con risorse economiche limitate. Nell’ambito di questo progetto sono stati studiati e sintetizzati dei materiali porosi, i MOF (Metal Organic Frameworks), ed in particolare alcuni di essi che si distinguono per la capacità di separare l’ossigeno dall’azoto presenti nell’aria, adsorbendo selettivamente l’ossigeno. Questo li rende particolarmente promettenti per poter superare i limiti legati agli attuali concentratori di ossigeno a base di zeolite, aprendo una strada per un loro futuro impiego all’interno della tipologia di funzionamento PSA (Pressure Swing Adsorption). I MOF sintetizzati attraverso varie metodologie e combinazioni di reagenti sono stati caratterizzati attraverso le analisi PXRD (Powder X-Ray Diffraction) e le immagini al SEM (Scanning Electron Microscopy) o al microscopio ottico. Infine, alcuni di essi sono stati testati per valutare la capacità di adsorbire ossigeno, sia impiegando un sensore a fluorescenza che attraverso la gascromatografia. Alcuni di questi MOF sono stati anche impiegati per la realizzazione di MMM (Mixed-Matrix Membranes), filtri adsorbenti costituiti da particelle di MOF inglobate e disperse in una matrice polimerica da impiegare per la tecnologia MGS (Membrane Gas Separation), compattando ulteriormente il dispositivo e riducendone il consumo energetico. Le membrane sono state realizzate impiegando le tecniche di solvent casting o electrospinning per poi essere caratterizzate attraverso l’analisi SEM.