Influência da temperatura e da pressão sobre a permeação de gases (CO2/CH4) através de membranas poliméricas assimétricas de PVDF e PSF

• Main Author: Biondo, Lucas David
• Other Authors: Wenzel, Bruno München
• Language: Portuguese
• Published: 2015
• Subjects: Filtração por membranas; Temperatura; Pressão; Membrane separation; Temperature; Pressure
• Online Access: https://repositorio.ucs.br/handle/11338/895

Atualmente, existe no mundo a necessidade de buscar alternativas aos combustíveis fósseis por fontes renováveis para a produção de energia. O gás natural possui vantagens significativas em relação a outros combustíveis fósseis, em especial pela redução nas emissões atmosféricas provenientes da sua combustão. O uso do metano presente no biogás é uma alternativa renovável ao uso do gás natural nas suas diversas aplicações, incluindo gás natural veicular. Para separação de metano, membranas têm recebido grande atenção devido às diversas vantagens, tais como eficiência energética na operação e baixo impacto ambiental com relação à outras tecnologias. Membranas poliméricas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) e polissulfona (PSf) foram sintetizadas através do método de inversão de fases. A realização de ensaios de permeação sob uma faixa de pressão de operação entre 2 e 5 bar, e sob uma faixa de temperatura de operação entre 20 e 45°C, e a análise da morfologia das membranas através de microscopia eletrônica de varredura em amostras das membranas, permitiram que fossem identificados os mecanismos de transporte atuantes nas membranas poliméricas. Os mecanismos de transporte contribuíram para a investigação e o entendimento da influência dos parâmetros de operação (temperatura e pressão) sobre a permeabilidade e a seletividade na separação de gases (CO2/CH4) nas membranas poliméricas. As membranas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) apresentaram elevada permeabilidade para ambos os gases em todas as pressões (2 a 5 bar) e temperaturas (20 a 45°C) estudadas, porém não se mostraram atraentes para esta aplicação devido à baixa seletividade na separação de gases, enquanto que as membranas de polissulfona (PSf) demonstraram boas perspectivas para esta aplicação, devido a uma melhor relação entre permeabilidade e seletividade. O incremento da pressão dentro da faixa estudada (2 a 5 bar) resultou em menores fluxos de permeado para o gás CO2, e fluxos de permeado constantes e por vezes maiores para o gás CH4. O incremento da temperatura aumentou o fluxo de permeado de ambos os gases. === Currently, there is a need in the world to substitute fossil fuels for renewable sources in the energy production. Natural gas has significant advantages over other fossil fuels, in particular the reduction in atmospheric emissions from their combustion. The use of methane, present in biogas, is a renewable alternative instead of using natural gas in its various applications, including as an alternative energy for vehicles. Within this context, polymeric membranes have received great attention due to several advantages, such as energy efficiency in operation and low environmental impact regarding to other technologies. Polymeric Membranes of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) and polysulfone (PSf) were synthesized by the phase inversion method. Permeation testing under a range of operating pressure between 2 and 5 bar, and under a range of operating temperature between 20 and 45 °C, together with morphology analysis by scanning electron microscopy, allowed to identify the transport mechanism acting in the polymeric membranes. The transport mechanisms contributed to investigate and understand the influence of operating parameters (temperature and pressure) on permeability and selectivity in gas separation (CO2/CH4) in the polymeric membranes. The membranes of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) showed high permeability to both gases at all pressures (2 to 5 bar) and temperatures (20 to 45 °C) studied,, however, not attractive for this application due to low selectivity in gas separation, while the membranes of polysulfone (PSf) showed good prospects for this application, due to a better relationship between permeability and selectivity. Increasing pressure within the studied range (2 to 5 bars) resulted in lower permeate fluxes for CO2 and permeate flows constant and occasionally higher for CH4. The increase in temperature increased the permeate flux of both gases.