Biomembranas baseadas em nanocelulose bacteriana e lenhossulfonatos para aplicação em pilhas de combustível

• Autor(a) principal: Morais, João Duarte
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/30230
• topic: Nanocelulose bacteriana; Lenhossulfonatos; Membranas nanocompósitas; Condutividade protónica; Pilhas de combustivel

O desenvolvimento de materiais derivados de fontes renováveis para aplicações em dispositivos de produção de energia sem emissões de dióxido de carbono, nomeadamente as pilhas de combustível, é uma temática de extrema importância na redução da utilização de combustíveis fósseis e na contribuição para o desenvolvimento sustentável da sociedade. Nos últimos anos, a nanocelulose bacteriana (BC), que é uma das formas nanométricas de celulose sintetizada por várias estirpes de bactérias não-patogénicas, tem vindo a ser estudada como substrato para desenvolver membranas de permuta iónica através da incorporação de polieletrólitos que conferem à BC condutividade iónica essencial para a sua aplicação em pilhas de combustível. No entanto, a maioria dos polieletrólitos incorporados na rede tridimensional de nanofibrilas da BC são sintéticos e, como tal, é urgente produzir membranas de permuta iónica totalmente baseadas em polímeros e compostos naturais. Neste contexto, o objetivo desta dissertação consistiu no desenvolvimento de membranas baseadas em BC e lenhossulfonatos para aplicação em pilhas de combustível de condução protónica. Desta forma foram preparadas membranas nanocompósitas através da impregnação de membranas de BC pura com soluções aquosas de 50% (BC_50Lign) e 75% (BC_75Lign) de lenhossulfonato, relativamente à massa de BC presente nas membranas e de 40% de ácido tânico, como agente reticulante, relativamente à massa de lenhossulfonato. As suas propriedades físico-químicas foram caracterizadas por diversas técnicas no que diz respeito à sua estrutura (espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, FTIR), morfologia (microscopia eletrónica de varrimento, SEM), propriedades mecânicas, estabilidade térmica (análise termogravimétrica, TGA), capacidade de absorção de humidade e condutividade protónica (espectroscopia de impedância eletroquímica, EIS). A partir da análise dos espetros FTIR-ATR é possível verificar a incorporação bem-sucedida dos lenhossulfonatos e do ácido tânico na estrutura porosa da BC resultando em alterações na morfologia das membranas de BC_50Lign e BC_75Lign observáveis nas micrografias de SEM. Em termos mecânicos, as membranas apresentam um módulo de Young máximo de 8,4±2,1 GPa, uma elongação de 0,62±0,42% e uma tensão de rutura de 51,7±31,2 MPa, para a membrana BC_75Lign. Os resultados da análise termogravimétrica mostram que estas membranas são estáveis até 200 °C. Relativamente à capacidade de absorção de humidade, a membrana BC_75Lign apresenta uma capacidade máxima de 78±4% ao fim de 48 h numa câmara com 98% de humidade relativa (HR). Finalmente, a condutividade protónica máxima da membrana BC_75Lign é de 2,3×10-2 S·cm-1 a 94 °C e 98% HR, que é uma ordem de grandeza inferior ao valor da membrana comercial de Nafion®, que apresenta uma condutividade protónica de 0,1 S·cm-1 a 94 °C e 98% de HR. Assim sendo, estas membranas derivadas de polímeros naturais têm potencial para serem aplicadas como membranas de permuta protónica em pilhas de combustível.