Análise experimental e modelagem da permeação de hidrogênio em membranas de paládio e de paládio-prata

• Autor(a) principal: Arzani, Fernanda Aparecida
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29397; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1179
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Hidrogênio; Purificação; Membranas; Paládio; Prata; Modelagem; Hydrogen; Purification; Membrane; Palladium; Silver; Modelling

O hidrogênio tem se destacado pela geração de energia limpa. Sua aplicação em células a combustível produz água como resíduo, mas requer elevada pureza. A principal forma de obtenção do hidrogênio é a reforma a vapor do metano, em que são produzidos também outros compostos que precisam ser separados. Processos de separação por membrana podem ser utilizados e as membranas de paládio (Pd) são uma opção devido a sua elevada permeabilidade e seletividade ao hidrogênio. A utilização de camadas metálicas finas sobre suportes porosos e a mistura do paládio com prata (Ag) permitem o aumento do fluxo de hidrogênio através da membrana. Tendo isso em vista, este trabalho teve como objetivo analisar a formação de membranas de Pd e de Pd-Ag sobre suporte de alumina e avaliar sua permeabilidade e a seletividade ao hidrogênio. Para tanto, foram realizadas deposições eletroquímicas sobre fibras ocas de alumina em diferentes condições reacionais. As membranas foram testadas em temperaturas de 300 a 450 ºC sob pressões de 40 a 200 kPa. Foi obtida uma membrana compósita de paládio que apresentou um fluxo de hidrogênio de 0,389 mol.m-2.s-1 e seletividade de 35 em relação ao nitrogênio. Também foi obtida uma membrana de Pd-Ag com seletividade infinita e fluxo de hidrogênio de 0,204 mol.m-2.s-1. Algumas membranas produzidas apresentaram defeitos na camada metálica, de forma que não foram seletivas ao hidrogênio devido a dificuldades da deposição simultânea de paládio e prata somadas a defeitos na superfície do suporte. Para o entendimento da permeação do hidrogênio em membranas compósitas em paládio em suporte poroso foi apresentado um modelo matemático. Partindo do modelo de Ward e Dao (1999) e adicionando-se um modelo de difusão em meios porosos, baseado nos fluxos de Knudsen e de Poiseuille, foram simulados fluxos de hidrogênio permeado em membranas compósitas. Fluxos simulados foram comparados a valores obtidos experimentalmente. A 450 ºC foi obtida a melhor aproximação entre os valores simulados e os experimentais, sendo que os valores calculados foram 55% maiores do que os experimentais.