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Type: Tese
Title: Polyurethane/polyethersulfone dual-layer anisotropic membranes for CO2 removal from flue gas
Author(s)/Inventor(s): García Jiménez, Christian David
Advisor: Habert, Alberto Cláudio
Co-advisor: Borges, Cristiano Piacsek
Abstract: Este trabalho estuda o preparo de membrana de poliuretano / poli(éter sulfona) de camada dupla pela técnica de co-casting. Os efeitos do tempo de evaporação e da temperatura do banho de água de coagulação na morfologia da membrana são avaliados. Camadas uniformes com excelente adesão são obtidas. Membranas de dupla camada de matriz mista são preparadas com duas partículas diferentes: carvão ativado e sílica. Os efeitos do teor de partícula na morfologia da membrana são explorados. A adesão e a estrutura homogênea das camadas são mantidas para teores baixos de partícula. Para membranas sem partículas, aumentar a pressão de 1 a 8 bar resulta em uma redução da permeabilidade de CO2 e seletividade ideal de CO2/N2 de 19,6 para 13,0 Barrer e de 66 para 60, respectivamente. Temperatura na faixa de 25 a 45 ºC aumenta a permeabilidade ao CO2 de 19,6 a 28,9 Barrer, embora a seletividade do CO2/N2 diminua de 66 para 43. No caso das membranas de matriz mista, a presença de carvão ativado e sílica aumenta a permeabilidade ao CO2 de 19,6 para 22,6 e 23,1 de Barrer, respectivamente. Além disso, valores mais elevados de pressão de alimentação levam a um aumento de mais de 40% na permeabilidade ao CO2 para as membranas com carvão ativado, apresentando bom potencial para tratamento de gases de combustão.
Abstract: This work studies the preparation of dual-layer polyurethane/polyethersulfone membranes using the co-casting technique and the effects of the evaporation time and the temperature of the coagulation water bath on the membrane morphology are evaluated. Uniform layers with excellent adhesion are obtained. Also, the preparation of dual-layer mixed matrix membranes is carried out with two different particles: activated carbon and silica. The effects of particle content on membrane morphology are explored. The adhesion and homogeneous structure of the layers are maintained at low particle content. For non-particle membranes, increasing the pressure from 1 to 8 bar results in a reduction of CO2 permeability and CO2/N2 ideal selectivity from 19.6 to 13.0 Barrer, and from 66 to 60, respectively. Temperature in the range of 25 to 45 ºC enhances CO2 permeability from 19.6 to 28.9 Barrer, although CO2/N2 selectivity decreases from 66 to 43. In the case of mixed matrix membranes, the presence of activated carbon and silica enhances CO2 permeability from 19.6 to 22.6 and 23.1 Barrer, respectively. Moreover, higher feed pressure values lead to an increase of more than 40% in CO2 permeability for the membranes with activated carbon, showing good potential for flue gas treatment.
Keywords: Preparo de membranas
Captura de CO2
Membranas de dupla camada
Gás de combustão
Dual layer membranes
CO₂ capture
Flue gas
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INORGANICOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Aug-2021
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: JIMÉNEZ, Christian David García. Polyurethane/polyethersulfone dual-layer anisotropic membranes for CO2 removal from flue gas. 2021. 94 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Química

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