Membranas de carbono a partir de poli(éter imida), matriz mista e poli(éter imida)/poliétersulfona suportadas em material cerâmico para separação de gases - Neves, Thaís Martins (2022)
As membranas de carbono de peneira molecular (CMSM) consistem em materiais inorgânicos e porosos com estrutura amorfa, composta por nanodomínios grafíticos arranjados de forma desordenada. Essas membranas são geradas a partir da pirólise de precursores poliméricos e possuem ultramicroporos capazes de separar gases de dimensões semelhantes, com adequada relação entre permeabilidade e seletividade, através do mecanismo de peneiramento molecular. As CMSM suportadas apresentam alta resistência mecânica e, dessa forma, são apropriadas para separar gases em processos que ocorrem a altas pressões. As características dos suportes influenciam na geração de CMSM livres de defeitos e no arranjo das camadas de carbono da camada seletiva dessas membranas. No entanto, poucos trabalhos investigam o preparo de suportes com propriedades adequadas, como poros de pequenas dimensões e baixa rugosidade, para o desenvolvimento de CMSM. Paralelamente, as propriedades de separação dessas membranas podem ser ajustadas por meio da incorporação de partículas inorgânicas no polímero precursor, formando membranas de carbono de matriz mista (CMMM), ou por meio do preparo de CMSM a partir de blendas poliméricas. Em vista disso, o objetivo geral deste trabalho consiste no desenvolvimento de membranas de carbono de poli(éter imida) (PEI), matriz mista, de PEI e zeólita clinoptilolita (ZC), e blendas de PEI/poliétersulfona (PES), sobre suportes cerâmicos fabricados por prensagem a seco, para a separação de gases. Os suportes cerâmicos foram preparados a partir da prensagem de alumina ou caulim e sinterizados em diferentes temperaturas. Os materiais foram caracterizados e empregados no preparo de CMSM de PEI. As CMSM preparadas sobre suportes de alumina apresentaram melhor desempenho na separação de gases do que as membranas suportadas nos materiais derivados de caulim. Previamente ao preparo das CMMM, foi verificado que a ZC apresenta propriedades térmicas adequadas para o desenvolvimento das membranas de carbono. A membrana de carbono preparada com 0,1 % (m/m) de zeólita apresentou melhor desempenho na separação de O2/N2, CO2/N2 e CO2/CH4 do que as CMMM contendo maiores quantidades de zeólita na matriz de carbono. A partir das caracterizações dos filmes poliméricos de blenda PEI e PES, foi verificado que a interação espacial entre os polímeros resulta em estruturas poliméricas enrijecidas. O desempenho da CMSM preparada a partir da blenda 93:7 ultrapassou o limite de Robeson para as separações dos pares de gases O2/N2 e CO2/CH4. Esse resultado foi associado à formação de uma estrutura de carbono com distribuição de tamanho de poros mais homogênea, decorrente da pirólise da matriz polimérica precursora rígida formada a partir da blenda de PEI e PES.