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Type: Dissertação
Title: Remoção de CO2 de ambientes confinados utilizando contactores com membranas e água do mar sintética como absorvente
Author(s)/Inventor(s): Mendes, Felipe Brandão de Souza
Advisor: Habert, Alberto Cláudio
Co-advisor: Borges, Cristiano Piacsek
Abstract: Esta dissertação avaliou o processo de remoção de CO2 de uma mistura modelo CO2/N2 (10/90 %v/v), utilizando contactores com membranas e água do mar sintética como absorvente (3.5% NaCl, pH 8). Por meio de testes com um módulo comercial contendo fibras ocas de polipropileno (PP) foi possível inferir que a vazão do líquido absorvedor é a variável de processo que mais influência no fluxo de CO2. Foram sintetizadas fibras ocas de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) pelo processo de inversão de fases por imersão-precipitação. A caracterização das fibras ocas de PVDF revelou nanoporos, na faixa de 10 a 40 nm, na superfície externa da fibra e uma porosidade duas vezes maior do que apresentada pela fibra oca de PP comercial, cuja porosidade é de 30%. A dissertação agrega como técnica de caracterização das fibras ocas de PVDF a microscopia por feixe de hélio, que possibilita observar com nitidez a morfologia da fibra oca, sem a necessidade de metalizar as amostras poliméricas. A presença de nanoporos na superfície externa das fibras ocas de PVDF ajuda a evitar o molhamento, o que impede a diminuição do desempenho do processo. Os nanoporos foram obtidos pela escolha das condições de síntese que podem ser manipuladas pela Engenharia da Nanotecnologia. As fibras ocas de PVDF apresentaram fluxo de CO2 cerca de 2,5 vezes maior que as comerciais. Por meio de um modelo matemático, validado com os dados experimentais do módulo comercial, foi possível ampliar a análise sobre os efeitos das variáveis de processo e reforçar a significativa influência da vazão do líquido absorvedor na remoção de CO2. Além disso, valida-se o sistema de remoção de CO2 em ambientes confinados por meio de simulação computacional.
Abstract: This work evaluated the CO2 removal process of a CO2/N2 (10/90% v/v) mixture using membrane contactors and synthetic sea water as absorbent (3.5% NaCl, pH 8). A commercial module containing polypropylene (PP) hollow fibers was used verify that the absorbent flow is the variable process that most influences the CO2 flux. Polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fibers were synthesized using the phase inversion process by immersion-precipitation. Characterization tests revealed that the outer surface nanopores of the fibers are in the range of 10 to 40 nm. The porosity was twice as high as that of the commercial PP hollow fibers, whose porosity was 30%. Helium ion microscopy was used as an additional tool in order to characterize PVDF hollow fibers morphology. By using this technique it was possible to clearly observe hollow fiber morfology, without the need of sputtering polymeric membrane samples. The presence of nanopores on the outer surface of the PVDF hollow fibers helps prevent wetting, which prevents the decrease in process performance. Nanopores were obtained by choosing the synthesis conditions that can be manipulated by Nanotechnology Engineering. Gas-liquid contactor tests were carried out with both PVDF and PP hollow fibers. In-house hollow fibers presented CO2 flux 2.5 times higher than the comercial. A mathematical model, that was validated with commercial module experimental data, provides a satisfactory prediction of CO2 flux behavior concerning the process variables and emphasizes that the absorbent flow is the variable that most influences the process. In addition, the CO2 removal process was applied and validated for confined environments by using computer simulation.
Keywords: Engenharia de Nanotecnologia
Contactores com membranas
Remoção de CO2
Água do mar sintética
Nanoporos
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Nanotecnologia
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Oct-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia de Nanotecnologia

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