Separação CO2/N2 usando membranas de matriz mista de sílica/PMDS: efeito do método sol-gel, teor de sílica e pressão do desempenho

dc.creatorIgor Lopes de Almeida
dc.date.accessioned2026-04-16T13:02:08Z
dc.date.issued2026-02-06
dc.description.abstractThis study investigated CO2/N2 separation using mixed-matrix membranes (MMMs) produced by incorporating commercial silica (SC) particles or sol–gel-derived silica (LI05) into polydimethylsiloxane (PDMS), aiming to evaluate the impact of the silica synthesis route, filler loading, and feed pressure on transport properties and separation performance. MMMs were prepared with loadings between 1 and 15 wt% and evaluated through pure-gas permeation tests at 1 and/or 2 bar, using the time-lag method to estimate transport parameters. The membranes were also characterized to discuss dispersion and material properties, including microscopy, thermal analyses, and spectroscopy. The results showed that commercial silica simultaneously increased permeability and selectivity up to 10 wt%, with the 10 wt% SC membrane standing out by achieving a CO2 permeability of 2974 Barrer and a CO2/N2 selectivity of 11, corresponding to gains of 43% and 70%, respectively, relative to neat PDMS. For the sol–gel silica, an increase in permeability with a tendency toward selectivity loss at higher loadings was observed; the best performance was achieved by the 5 wt% membrane, with increases relative to the polymer of approximately 60% in permeability and 25% in selectivity. As silica loading increased, a trend of increasing diffusion coefficient and decreasing sorption coefficient was observed using the time-lag method. Comparisons with the Maxwell model indicated deviations from ideal behavior, suggesting a relevant interfacial contribution, potentially related to interfacial voids and their effects on transport.
dc.description.sponsorshipFINEP - Financiadora de Estudos e Projetos, Financiadora de Estudos e Projetos
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/2492
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectEngenharia química
dc.subjectSílica
dc.subjectMembranas (Tecnologia)
dc.subjectPolímeros
dc.subject.otherMembranas de matriz mista
dc.subject.otherPDMS
dc.subject.otherSílica
dc.subject.otherSeparação gasosa
dc.subject.otherTime-lag
dc.subject.otherSeparação CO2/N2
dc.titleSeparação CO2/N2 usando membranas de matriz mista de sílica/PMDS: efeito do método sol-gel, teor de sílica e pressão do desempenho
dc.title.alternativeCO₂/N₂ separation using Silica/PDMS mixed-matrix membranes: effect of the sol-gel method, silica content, and pressure on performance
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Daniel Dornellas Athayde
local.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9872244813015000
local.contributor.advisor1Kátia Cecília de Souza Figueiredo
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9239691775959407
local.contributor.referee1Cristiano Piacsek Borges
local.contributor.referee1Luzia Sergina de França Neta
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6579247204776097
local.description.resumoEste trabalho investigou a separação CO2/N2 por meio de membranas de matriz mista (MMMs) obtidas pela incorporação de partículas de sílica comercial (SC) ou sílica obtida pelo método sol-gel (LI05) em polidimetilsiloxano (PDMS), com o objetivo de avaliar o impacto do método de obtenção da sílica, do teor de carga e da pressão de alimentação no transporte e no desempenho de separação. As MMMs foram preparadas com concentrações entre 1% e 15% em massa e avaliadas por ensaios de permeação com gases puros com uma alimentação de 1 e/ou 2 bar, utilizando o método time-lag para estimar parâmetros de transporte. As membranas também foram caracterizadas para discutir dispersão e propriedades do material, incluindo microscopias, análises térmicas e espectroscopias. Os resultados mostraram que a sílica comercial aumentou simultaneamente permeabilidade e seletividade até a concentração de sílica de 10% (m/m), com destaque para a membrana com 10% de SC, que atingiu permeabilidade de CO2 de 2974 Barrer e seletividade CO2/N2 de 11, correspondendo a ganhos de 43% e 70%, respectivamente, em relação ao PDMS puro. Para a sílica obtida via sol-gel, foi observado um ganho de permeabilidade com tendência de perda de seletividade em teores de sílica mais elevados; o melhor desempenho foi obtido pela membrana com 5% (m/m), com aumento, em relação ao polímero, de permeabilidade próximo a 60% e de seletividade de 25%. Com o aumento do teor de sílica, foi observado uma tendência de aumento do coeficiente de difusão e de redução do coeficiente de sorção por meio do método time-lag. Comparações com o modelo de Maxwell indicaram desvios do comportamento ideal, sugerindo contribuição relevante da interface, potencialmente relacionada a vazios interfaciais e seus efeitos no transporte.
local.identifier.orcid0009-0004-6653-0298
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::POLIMEROS
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA

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