Membranas compósitas de poli(uretano-ureia) com sistemas de Ag NP/ativador e AgBF4/BMImBF4 para separação de olefinas/parafinas leves

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Campos, Antoniel Carlos Carolino
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11896
Resumo: Light olefins are mainly produced by the naphtha steam cracking, which is among the more energy intensive processes in the petrochemical industry. To save energy, some alternatives have been proposed to partially replace or combine with cryogenic distillation, the conventional technology to separate olefins and paraffins. Within this aim, facilitated transport membranes, mainly with Ag+ cations as selective carriers, have received great attention owing to the high selectivity and permeance provided. However, the undesirable instability associated to the Ag+ cation should be considered. Poisonous agents and polymer membrane materials are sources of Ag+ deactivation. In recent years, great achievements on the separation performance have been reported, but the current challenge is to maintain the selectivity in long-term separation processes. Among alternatives that have been proposed to overcome the potential causes of Ag+ deactivation, this Thesis focuses on the use of Ag NP as carrier and IL for Ag+ stabilization. The polymer matrix investigated as membrane material are waterborne poly(urethane urea)s (WPUU). The general goal of the work is to prepare membranes with Ag NP/activator and AgBF4/BMImBF4 systems for light olefins/paraffins separation. It was possible to prepare successfully WPUU/Ag NP membranes up to 50 wt% of silver content. The facilitated transport of olefin was not reached, even with the use of activators, BMImBF4 and p-Bq. WPUU/AgBF4 membranes with more than 50 wt% of AgBF4 provided facilitated transport of olefin. However, the olefin flux decreased due to the moisture loss during the experiments with dried gases and the intensive Ag+/ether interaction in WPUU matrix. IL (BMImBF4) was introduced to the electrolyte membranes prepared. IL was able to smooth Ag+/ether interaction leading to an increase of the final selectivity when compared with membrane without IL. Before the olefin flux drop, the maximum olefin permeance (13.94 GPU) and selectivity (97.5) was achieved in 1 WPUU: 2 AgBF4: 0.5 IL (weight ratio) membrane. This result reached the minimum performance required to replace C3 splitters. It was possible to recovery (84%) the olefin flux when the moisture level of the membrane was recovered. This result suggests that the initial source of olefin flux decline was not the Ag+ reduction problem, but the moisture loss, which led to Ag+ cations unfeasibility for olefin interaction
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To save energy, some alternatives have been proposed to partially replace or combine with cryogenic distillation, the conventional technology to separate olefins and paraffins. Within this aim, facilitated transport membranes, mainly with Ag+ cations as selective carriers, have received great attention owing to the high selectivity and permeance provided. However, the undesirable instability associated to the Ag+ cation should be considered. Poisonous agents and polymer membrane materials are sources of Ag+ deactivation. In recent years, great achievements on the separation performance have been reported, but the current challenge is to maintain the selectivity in long-term separation processes. Among alternatives that have been proposed to overcome the potential causes of Ag+ deactivation, this Thesis focuses on the use of Ag NP as carrier and IL for Ag+ stabilization. The polymer matrix investigated as membrane material are waterborne poly(urethane urea)s (WPUU). The general goal of the work is to prepare membranes with Ag NP/activator and AgBF4/BMImBF4 systems for light olefins/paraffins separation. It was possible to prepare successfully WPUU/Ag NP membranes up to 50 wt% of silver content. The facilitated transport of olefin was not reached, even with the use of activators, BMImBF4 and p-Bq. WPUU/AgBF4 membranes with more than 50 wt% of AgBF4 provided facilitated transport of olefin. However, the olefin flux decreased due to the moisture loss during the experiments with dried gases and the intensive Ag+/ether interaction in WPUU matrix. IL (BMImBF4) was introduced to the electrolyte membranes prepared. IL was able to smooth Ag+/ether interaction leading to an increase of the final selectivity when compared with membrane without IL. Before the olefin flux drop, the maximum olefin permeance (13.94 GPU) and selectivity (97.5) was achieved in 1 WPUU: 2 AgBF4: 0.5 IL (weight ratio) membrane. 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Entretanto, para ser usada industrialmente, a indesejada instabilidade associada ao cátion Ag+ deve ser considerada. Agentes contaminantes e materiais de membranas poliméricas são fonte de desativação do Ag+. Nos anos recentes, muitos avanços no desempenho da separação têm sido reportados, mas o desafio atual ainda é manter a seletividade em longos períodos de processo de separação. Nesse sentido, este trabalho traz uma revisão das perspectivas de soluções para a instabilidade das membranas para essa separação. Entre as alternativas que têm sido propostas para solucionar a potencial causa de desativação do Ag+, este trabalho foca no uso de Ag NP como carreador e IL para a estabilização de Ag+. A matriz polimérica investigada como material foram os poli(uretanos ureia)s (WPUU) sintetizados a partir de dispersão aquosa. O objetivo geral da Tese é o preparo de membranas compósitas com sistemas de Ag NP/ativador e AgBF4/BMImBF4 para a separação de olefinas e parafinas leves. Foi possível preparar com sucesso membranas de WPUU/Ag NP com até 50% (m/m) de prata. O transporte facilitado de olefinas não foi alcançado, mesmo com o uso de ativadores, BMImBF4 e p-Bq. Membranas de WPUU/AgBF4 com mais de 50% (m/m) de AgBF4 apresentaram o transporte facilitado de olefinas. Entretanto, o fluxo de olefina diminuiu devido à perda de umidade durante os experimentos com gases secos e a intensa interação Ag+/grupo éter presente na matriz de WPUU. IL (BMImBF4) foi introduzido nas membranas eletrólitas preparadas. O IL foi capaz de suavizar a interação Ag+/grupo éter proporcionando um aumento da seletividade final quando comparado com membranas sem o IL. Antes da queda do fluxo de olefina, a máxima permeança (13,94 GPU) e seletividade (97,5) foram alcançadas na membrana com razão mássica de 1 WPUU: 2 AgBF4: 0.5 IL. Esse resultado conseguiu superar o desempenho mínimo para a substituição de colunas convencionais de separação para C3. Foi possível recuperar (84%) do fluxo de olefina quando o nível de umidade da membrana foi recuperado. Esse resultado sugere que a fonte inicial de queda no fluxo de olefina não é o problema de redução do Ag+, mas a perda de umidade, que possivelemente acarretou na indisponibilidade do Ag+ para interação com a olefinaSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:26:29Z No. of bitstreams: 1 Tese Engenharia Quimica Antoniel Campos.pdf: 2964532 bytes, checksum: 6d660a4c2c4f4e53fb6984a5e1eb81e3 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:26:29Z (GMT). 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