Caraterização de Metal Organic Frameworks (MOFs) e Carvão Ativado como meio para purificação do Biogás – Aplicações em adsorção e permeação

• Autor(a) principal: Portela, André Filipe Lopes
• 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/10362/80558
• topic: Purificação do Biogás; Metal Organic Frameworks (MOFs); ZIF-8; Carvão Ativado; Adsorção; Permeação Gasosa; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química

O objetivo deste trabalho foi estudar a relação entre os fenómenos de adsorção e de permeação gasosa na purificação de biogás, ao introduzir um adsorvente numa membrana polimérica (Matrimid®5218). Os adsorventes utilizados foram um Metal Organic Framework (MOF), ZIF-8, e um Carvão Ativado (CA). O equilíbrio de adsorção dos gases puros, CO2 e CH4, no ZIF-8 foi estudado pelo método volumétrico numa gama de pressões dos 0 aos 16 bar e às temperaturas 30oC, 50oC e 80oC. O CA foi medido pelo método gravimétrico a 25oC e 50oC. Verificou-se que a quantidade adsorvida de CO2 é superior à de CH4 devido à sua maior afinidade com a superfície do adsorvente e menor diâmetro cinético. Preparam-se membranas de matriz mista (MMMs) de polímero Matrimid®5218 com diferentes concentrações de ZIF-8 e de CA: 0%, 5%, 10%, 20% e 30% (p/p), para avaliar a capacidade de permeação gasosa ao CH4 e CO2 a 30oC. As membranas foram caraterizadas através de Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM), Termogravimetria (TG), ensaios de perfuração e medição de ângulos de contato. Para todas as membranas conclui-se que têm uma estrutura densa. Pela impregnação de ZIF-8 obtiveram-se membranas hidrofóbicas e com CA membranas hidrofílicas. Verificou-se que o aumento da concentração de ZIF-8 nas membranas provoca a diminuição da resistência mecânica e o aumento da concentração de CA tem um efeito contrário. As membranas com ZIF-8 degradam-se a partir ± 350oC e as com CA a partir dos ± 410oC. Nas membranas com ZIF-8 e com CA ocorre um aumento de permeabilidades até concentrações de 20% (p/p). As permeabilidades obtidas para as membranas de CA são superiores às obtidas para as de ZIF-8 e a seletividade ideal aumenta com o aumento da percentagem de impregnação de ZIF-8 e de CA. Devido à maior capacidade de adsorção do CA e pelas propriedades das membranas após a sua incorporação, verificou-se que o CA apresenta uma melhoria na performance para a purificação do biogás.