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Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Preparo e caracterização de membranas isotrópicas de matriz mista contendo nanotubo de carbono de parede múltipla dispersos em polidimetilsiloxano para utilização em separação de gases
Autor(es): Elisângela Aparecida da Silva Brito
Primeiro Orientador: Katia Cecilia de Souza Figueiredo
Resumo: No decorrer das últimas três décadas, as membranas poliméricas para separação de gases têm sido amplamente utilizadas pelas indústrias. A remoção de CO2 do gás natural é uma área em crescimento na tecnologia por membranas. Membranas de matriz mista (MMMs), que consistem em incorporar cargas na matriz polimérica, vêm ganhando destaque no meio científico, por apresentar um bom desempenho. Neste trabalho, foram preparados filmes de polidimetilsiloxano, PDMS, com diferentes concentrações de nanotubos de carbono de parede múltipla, MWNTC, com objetivo de remover o CO2 da corrente de gás natural. A inserção de cargas na matriz favorece a interação do gás com a superfície da membrana melhorando as propriedades de transporte do material. A permeabilidade das membranas foi medida usando o sistema time-lag. A seletividade ideal foi calculada a partir dos dados de permeabilidade. A espectroscopia de vida média de pósitron, EVMP, foi usada para avaliar o volume livre e a estrutura química determinada pelas espectroscopias de infravermelho e Raman. A microscopia eletrônica de varredura foi usada para avaliar a morfologia do material, bem como a distribuição das nanopartículas de MWNTC no polímero. As membranas apresentaram uma espessura média de 150m. Não foi observada separação de fases visível por microscopia eletrônica de varredura. A permeabilidade foi elevada para H2, N2, CO2, O2 e CH4 na membrana contendo 6,7% de MWNTC, quando comparada com a membrana de PDMS sem carga. Os diâmetros médios das cavidades (volume livre), responsáveis pelo movimento molecular na matriz polimérica, não foram afetados pela adição de nanotubos de carbono, com a concentração de 1,6% em massa, tal como caracterizado por EVMP. Porém, um aumento na concentração de MWNTC de 3,0% para 6,7% elevou a permeabilidade de CO2 em 1069 Barrer e a seletividade de 1,71 para 1,91 respectivamente. Para o volume livre, o aumento foi de aproximadamente 2,70%.
Abstract: Over the past three decades, polymeric gas separation membranes have become widely used for a variety of industrial gas separation applications. Removal of CO2 from natural gas is a growing area for membrane technology. Penetration through polymeric membranes in which a filler has been embedded is known as mixed matrix membranes (MMMs). Polydimethylsiloxane (PDMS) films with different weight concentrations of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) removed CO2 from CH4 gas streams. Incorporation of carbon-based fillers into polymer increased the chances of the permeate gas molecule to interact with their surfaces, which could increase selectivity and gas permeability. Permeability and selectivity of these membranes were measured by using a time-lag constant volume variable pressure apparatus. Positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) was applied to assess free volume of the membranes and the chemical structure was determined by Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopies. Scanning electron microscopy (SEM) was used in order to examine the morphology of the membranes as well as the distribution of the MWCNT nanoparticles into the polymer. Membranes average thickness was 150 m. No phase separation of MWCNT and PDMS was noticed. It was obtained a high permeability for H2, N2, CO2, O2 and CH4. The average diameter of the cavities (free volume) responsible for molecular motion in the polymer matrix were not affected by the addition of carbon nanotubes to the weight concentration of 1.6%, as characterized by PALS. An increase in weight concentration of MWCNT from 3.0% to 6.7% caused an increase on both CO2 permeability of 1069 Barrer and selectivity from 1.71 to 1.91, respectively. The free volume increased 2.70%.
Assunto: Engenharia quimica
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WRJ2P
Data do documento: 15-Jan-2015
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