Membranas de matriz contendo os MOFs UiO-66 (Zr), MIL-101 (Cr) e MOF-177 (Zn) para fracionamento do ar atmosférico
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/13617 |
Resumo: | The intrinsic characteristics of energy consumption of the main technologies for O2/N2 fractionation encourage the development of more sustainable energy processes, such as separation with membranes. Mixed matrix membranes (MMM) arise with significant potential for this application. The use of MOFs in synthesis of composite membranes, besides promoting selectivity increasing to the interest gas according to the metal in the structure, enables to supplant the most cited limitation on the use of inorganic particles in the literature, which is the poor particle-polymer compatibility. In this context, UiO-66 (Zr), MIL-101 (Cr) and MOF-177 were chosen due to references in previous works on O2 adsorption with these MOFs. The most promising performance was obtained with the polyurethane membrane containing 28 wt.% of UiO-66 (Zr), with increase in ideal selectivity from 4.1 to 8.1 relative to the polymer and permeability equal to 2.7 Barrer. Considering the similar performance obtained with pure gases and gas mixtures, the oxygen concentration in the permeate is higher than that reported for commercial membranes and permeability compatible with that of some materials. The relevance of evaluating alternatives to mitigation of the greenhouse effect through CO2 capture led to the evaluation of CO2/N2 separation. The CO2/N2 selectivity determined with the gas mixture resulted in permeate with CO2 concentration equal to 86% v/v. |
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Membranas de matriz contendo os MOFs UiO-66 (Zr), MIL-101 (Cr) e MOF-177 (Zn) para fracionamento do ar atmosféricoMixed matrix membranes containing MOFs UIO-66 (Zr), MIL-101 (cr) and MOF-177 (Zn) for atmospheric air fractionationMembranas de matriz mistaMOFsSeparação de oxigênioCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThe intrinsic characteristics of energy consumption of the main technologies for O2/N2 fractionation encourage the development of more sustainable energy processes, such as separation with membranes. Mixed matrix membranes (MMM) arise with significant potential for this application. The use of MOFs in synthesis of composite membranes, besides promoting selectivity increasing to the interest gas according to the metal in the structure, enables to supplant the most cited limitation on the use of inorganic particles in the literature, which is the poor particle-polymer compatibility. In this context, UiO-66 (Zr), MIL-101 (Cr) and MOF-177 were chosen due to references in previous works on O2 adsorption with these MOFs. The most promising performance was obtained with the polyurethane membrane containing 28 wt.% of UiO-66 (Zr), with increase in ideal selectivity from 4.1 to 8.1 relative to the polymer and permeability equal to 2.7 Barrer. Considering the similar performance obtained with pure gases and gas mixtures, the oxygen concentration in the permeate is higher than that reported for commercial membranes and permeability compatible with that of some materials. The relevance of evaluating alternatives to mitigation of the greenhouse effect through CO2 capture led to the evaluation of CO2/N2 separation. The CO2/N2 selectivity determined with the gas mixture resulted in permeate with CO2 concentration equal to 86% v/v.As características intrínsecas de consumo energético das principais tecnologias para o fracionamento O2/N2 incentivam o desenvolvimento de processos energeticamente mais sustentáveis, tais como separação com membranas. As membranas de matriz mista (MMM) surgem com potencial significativo para esta aplicação. A utilização de MOFs na síntese das membranas compósitas, além de promover aumento na seletividade ao gás de interesse de acordo com o metal na estrutura, possibilita a suplantação da limitação mais citada na literatura acerca do uso de partículas inorgânicas, que seria a baixa compatibilidade partícula-polímero. Neste contexto, foram escolhidos os MOFs UiO-66 (Zr), MIL-101 (Cr) e MOF-177 devido às referências de trabalhos anteriores para adsorção de O2 com os mesmos. O desempenho mais promissor foi obtido com a membrana de poliuretano contendo 28% m/m do UiO66 (Zr), com aumento na seletividade ideal de 4,1 para 8,1 em relação ao polímero puro e permeabilidade igual a 2,7 Barrer. Considerando o desempenho semelhante obtido com gases puros e misturas gasosas, a concentração de oxigênio no permeado é maior que a relatada para membranas comerciais e permeabilidade compatível com a de alguns materiais. A relevância de se avaliar alternativas para mitigação dos impactos do efeito estufa através da captura de CO2 motivou a avaliação da separação CO2/N2 com a referida membrana. A seletividade CO2/N2 determinada com mistura gasosa propiciou a obtenção de permeado com concentração de CO2 igual a 86% v/v.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRJFerraz, Helen Conceiçãohttp://lattes.cnpq.br/1820877582714129http://lattes.cnpq.br/7919358643943689Miranda, Jussara Lopes dehttp://lattes.cnpq.br/2116674175084321Kronemberger, Frederico de AraújoMoura, Luiza Cristina deParedes, Márcio Luis LyraRodrigues, Maíra Andrade2021-02-04T23:42:13Z2023-12-21T03:07:24Z2019-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/13617porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:07:24Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/13617Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:07:24Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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