Desenvolvimento de membranas compósitas à base de nanocelulose para pilhas de combustível

• Autor(a) principal: Martins, Ana Patrícia Carvalho
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/17951
• topic: Engenharia química; Separação de membranas; Materiais compósitos; Pilhas de combustível

A presente dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de membranas polieletrólitas baseadas em celulose bacteriana (CB) para aplicação em pilhas de combustível de condução protónica, que se espera ser uma solução ambientalmente sustentável. A CB é um material celulósico, com uma estrutura nanofibrilar tridimensional, biossintetizada por algumas estirpes de bactérias não patogénicas como é o caso da Gluconacetobacter sacchari. Devido a algumas das suas propriedades, nomeadamente a sua elevada capacidade de retenção de água e resistência mecânica, a CB pode ser explorada no contexto das tecnologias sustentáveis de conversão de energia baseadas no hidrogénio enquanto vetor energético. Uma série de membranas nanocompósitas foram preparadas através da polimerização radicalar in situ do monómero fosfato de bis(2-metacriloiloxietilo) (FMOE) dentro da estrutura tridimensional da CB, com o intuito de otimizar os parâmetros reacionais, nomeadamente a proporção mássica do fosfato de bis(2-metacriloiloxietilo) (FMOE), a temperatura e tempo de reação, e a quantidade de iniciador radicalar (2,2-azobis(2-metilpropionamidina) (AAPH) utilizada. Uma vez preparadas, as suas propriedades físico-químicas foram analisadas por diversas técnicas de caracterização, nomeadamente espetrofotometria de ultravioleta-visível, espetroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, ressonância magnética nuclear e difração de raios-X. A morfologia das membranas foi estudada por microscopia eletrónica de varrimento. Foram também medidas as capacidades de absorção de água e de troca iónica, e a estabilidade térmica por análise termogravimétrica. As propriedades mecânicas, como o módulo de Young, elongação à rutura e força de tensão foram também determinadas. Por último, a condutividade protónica das membranas foi determinada pelo método de espetroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados da estabilidade térmica mostram que estas membranas são estáveis até 180 °C. Em termos mecânicos, por exemplo, a membrana PFMOE/CB_2 (com uma quantidade de CB de 50,0%) apresenta valores de módulo de Young de 2,6 GPa, força de tensão de 23,5 MPa e elongação à rutura de 1,1%. A capacidade de troca iónica obtida para o compósito com 50% de PFMOE foi de 3,03 mmol g-1. A condutividade protónica mostra valores de 2,42×10-2 para o compósito PFMOE/CB_6 e 2,72×10-2 S cm-1 para o compósito PFMOE/CB_2 (80 ºC, 98% HR) podendo ser comparados a outros materiais como as membranas polieletrólitas de poli(fosfato de metacriloiloxietilo) (0,1 S cm-1 a 98% HR), de ácido poli(4-estireno sulfónico) (0,1 S cm-1 a 94 °C e 98% HR) e de Nafion® (0,14 S cm-1 a 94 °C e 98% HR).