Permeação de gases puros em membranas de AM-3

Abstract

Com o intuito de diminuir custos de produção e viabilizar ou aumentar a eficiência de separações, as membranas têm sido alvo de grande investigação nos últimos tempos. As membranas inorgânicas apresentam várias vantagens em relação às poliméricas, entre elas uma maior estabilidade térmica, química e mecânica. Na Universidade de Aveiro têm sido sintetizadas várias membranas inorgânicas microporosas de titanossilicatos como o AM-3. Este trabalho teve como principal objectivo a caracterização dinâmica destas membranas, por ensaios de permeabilidade, para identificar os mecanismos presentes durante a permeação e se poder associá-los à existência ou não de defeitos. Para tal, fez-se permear diferentes gases puros (He, N2, CO2, O2) pela membrana a temperatura fixa e a temperatura programada. Observando os resultados obtidos para o ensaio a temperatura fixa, concluiu-se que as membranas AM-3-1 e AM-3-2 exibem valores típicos de permeância de membranas microporosas. Observando a linearidade do fluxo em função da pressão, a existência de macroporos é pouco significativa. Para todos os ensaios a temperatura programada observou-se que o principal mecanismo de transporte é o de difusão gasosa activada, o que evidencia a importância da fracção microporosa das duas membranas estudadas. Ajustaram-se os parâmetros dos modelos de transporte aos pontos experimentais, sendo que a combinação da difusão gasosa activada, de Knudsen e o escoamento viscoso correlaciona bem os dados. Na separação gasosa de uma mistura N2/CO2 com a membrana AM-3-2, não foi observada uma separação eficaz (aN2,CO2=1.17).

ABSTRACT: In order to reduce production costs and to make viable or increase the separation efficiency and decrease energy consumption, membranes have been the target of intense investigation in recent days. Inorganic membranes present several advantages in relation to the polymeric ones: a huge thermal, chemical and mechanical stability. Several titanosilicates microporous membranes have been synthesized in the University of Aveiro like AM-3. The main objective of this work is the dynamic characterization of these membranes, by permeability tests, to identify the mechanisms presented during the permeation and to detect the existence or not of defects. To this end, different pure gases (He, N2, CO2, O2) were studied in the membrane at fixed and at programmed temperature. Analyzing the obtained results for the fixed temperature test, it was concluded that AM-3-1 and AM-3-2 membranes show typical values of permeances in microporous membranes. Verifying the linearity of the flux as function of pressure, the existence of macroporous is not significant. For all programmed temperature tests it was observed that the main transport mechanism is the activated gaseous diffusion, what shows the microporous fraction importance of the two studied membranes. The transport parameters of the models were fitted to experimental points; the combination of gaseous diffusion, Knudsen and the viscous flow correlates well the experimental data. The separation of the mixture N2/CO2 with AM-3-2 membrane was not sufficiently effective (aN2,CO2=1.17).