Membranas de carbono suportadas obtidas a partir do precursor polimérico poli(éter sulfona)

• Autor(a) principal: Fellenberg, Ana Katiuce
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/212392
• topic: Membrana de carbono; Precursores poliméricos; Separação de gases; Gás natural; Dimetil sulfóxido; Pirólise; Carbon membrane; Polymeric precursor; Gas separation; Natural gas; Dimethyl sulfoxide; Pyrolysis

A separação de gases utilizando membranas de carbono ainda está em processo de desenvolvimento. Devido às muitas vantagens que apresentam, as membranas de carbono são alvo de diversas pesquisas e permitem o desenvolvimento de novos materiais objetivando aprimorar esse tipo de estrutura em termos de desempenho e seletividade, no que diz respeito ao processo industrial de separação de misturas gasosas. Neste trabalho foram fabricadas membranas de carbono suportadas (MCS) em tubos cerâmicos de alumina, pelo processo de pirólise (700 °C sob N2) da poli(éter sulfona) (PES). Os filmes poliméricos e de carbono e as membranas poliméricas e de carbono suportadas foram caracterizados em relação à estrutura utilizando técnicas de microscopia e espectroscopia, além de testes de permeação de gases realizados nas membranas de carbono suportadas. Foi observado pelos resultados de FTIR e DRX que o polímero precursor, poli(éter sulfona), foi totalmente pirolisado na temperatura final de pirólise empregada. Os resultados das análises estruturais mostraram que as membranas de carbono (MC) são constituídas basicamente por carbono amorfo e turbostrático, com domínios grafíticos, confirmando a heterogeneidade da matriz de carbono. A estrutura de carbono obtida possui elevada área superficial BET e caráter microporoso. As MCS apresentaram uma camada seletiva bem definida com pouca ou nenhuma intrusão de polímero nos poros do suporte, porém com alguns defeitos (microfissuras). Os filmes de carbono produzidos apresentaram elevada estabilidade térmica na presença de oxigênio, permitindo a aplicação das membranas em processos de separação de gases a temperaturas mais elevadas, até aproximadamente 400 °C. Os testes de permeação de gases (He, CO2, N2 e CH4) para avaliação do desempenho das membranas de carbono nas diferentes concentrações de polímero (16 e 18 %; m/m) indicaram que houve a formação de uma estrutura porosa, onde o mecanismo de permeação predominante foi adsorção seletiva, indicando a presença de poros maiores e/ou defeitos na estrutura da membrana. Os resultados obtidos demonstraram que as MC desenvolvidas neste trabalho, mesmo não apresentando o desempenho para atuar como peneiras moleculares, o que geralmente é esperado para membranas de carbono, apresentam potencial para aplicação em processos de separação de gases, inclusive de gás natural. Entretanto, é importante ressaltar que há necessidade de aprimorar as estruturas formadas a fim de atingir melhores desempenhos de processo.