Síntese e caracterização de membranas fibra oca de matriz mista e dupla camada (zeólita/caulim) para separação de CO2 e CH4.

• Autor(a) principal: Marangoni, Thais Tonelli
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3147/tde-26082024-131935/
• topic: Co-extrusão; Co-extrusion; CO2/CH4 separation; Gas purification; Hollowfiber mixed matrix membranes; Membranas de matriz mista fibra oca; Membranas zeolita/caulim; Purificação de gás; Separação CO2/CH4; Zeolite / kaolin membranes

A exploração do pré sal na costa brasileira aumentará a produção de petróleo e gás natural. O gás natural é composto, principalmente, por gás metano (CH4) e gás carbônico (CO2), sendo que o último reduz o poder calorífico da mistura, limitando a sua aplicação nas atividades industriais e processos de combustão. O uso de membranas para separação de gases é uma tecnologia que vem despertando interesse industrial e científico devido à sua eficiência e menor consumo de energia comparado a outras tecnologias atualmente empregadas. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de membranas de matriz mista e dupla camada, zeólita/caulim, por extrusão simultânea, na configuração de fibras ocas para a separação de CO2 e CH4. A fabricação envolveu a produção de suspensões de zeólita e caulim, em soluções poliméricas (Polietersulfona (PES)/N-metil-2-pirrolidona(NMP)/Aditivo) para conformação das fibras ocas pelos processos de extrusão dupla simultânea e inversão de fases por imersão. Primeiramente, foram fabricadas membranas suporte de caulim a fim de verificar a melhor composição da dispersão (porcentagem PES, NMP, partículas cerâmicas e aditivo), vazão da solução interna e a resistência mecânica do suporte. A vazão da solução interna em que o lúmem da membrana ficou mais regular foi de 25 mL/min e a maior resistência mecânica foi para o suporte com 45% de caulim. Foram produzidas membranas de dupla camada com concentrações de zeólita na camada ativa de 10, 20 e 30%. As membranas foram submetidas à avaliação da sua estrutura interna (MEV), área superficial e porosidade (fisiossorção), resistência mecânica (ensaio de tração), e desempenho com teste de permeabilidade. As membranas apresentaram seletividade de 1,75, 2,35 e 1,86 e permeancia (GPU) de 65,74, 42,94 e 28,50 respectivamente. Foi feita uma tentativa de otimização da seletividade da membrana com 20% de zeólita, utilizando NMP no banho de coagulação na concentração de 10 e 20%, porém não houve melhora. Portanto, foi possível fabricar membranas de dupla camada e extrusão simultânea utilizando caulim e zeolita, sem que ocorresse delaminação das camadas. Novos estudos são necesários para melhorar a seletividade da membrana para que ela consiga ultrapassar a barreira indicada por Robeson (2008) na literatura.