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Membranas são estruturas semipermeáveis que atuam como barreiras físicas, utilizadas para a separação seletiva de componentes de uma mistura. Dentre as diversas classificações de membranas existentes, ressaltamos as membranas inorgânicas porque se destacam por sua alta estabilidade química, resistência física e durabilidade. Por tal razão, ainda que as membranas cerâmicas apresentem maior custo de mercado do que as membranas poliméricas, suas vantagens equilibram o custo-benefício. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência do nióbio, em diferentes concentrações, na eficiência do processo de separação desses gases, focando exclusivamente em membranas tubulares produzidas pelo método do centrifugal casting. Os materiais utilizados para produzir as membranas cerâmicas foram óxido de nióbio, α-alumina, PVA e água destilada. Como desmoldante foi usada uma solução de vaselina sólida e éter de petróleo. E para a permeação de gases foi utilizado CO₂ e N₂. O primeiro passo para a fabricação das membranas é dissolver o PVA em água destilada utilizando um becker e um agitador magnético à 85ºC, agitamos até a total dissolução do PVA, depois misturamos o nióbio e a alumina em variadas proporções que variaram de 0% até 15% de nióbio. Levamos essa mistura para um agitador mecânico por 24 horas em uma velocidade média, após esse tempo, temos a suspensão pronta, essa suspensão é então colocada em tubos metálicos previamente preparados com desmoldante preparado com éter de petróleo e vaselina. Quando os tubos estão prontos, começamos o processo do Centrifugal Casting, os tubos são rotacionados por 15 minutos a 6000 rpm, depois são removidos e deixados para secar por 24h em uma estufa com temperatura e umidade controlada. Por fim os tubos são removidos dos moldes e levados para o tratamento térmico em um forno mufla, o tratamento térmico consiste em três etapas: secagem, calcinação e sinterização. Na secagem, que nesse caso ocorre em torno de 100 ºC, ocorre a evaporação do solvente. A etapa seguinte é a calcinação, que ocorre por volta de 600ºC, na qual é removido o PVA. Por fim, ocorre a sinterização, que ocorre a 1275ºC, nessa etapa temos a densificação da membrana, derivada do aumento dos grãos e diminuição dos poros. Quando o tratamento térmico termina, cortamos as membranas em pedaços de 5 cm e as colocamos em tubos metálicos com POXIPOL para conseguir utilizadas no módulo de permeação, mas antes precisamos testar se a cola funcionou e não existe vazamento nas juntas, então mergulhamos as membranas e aplicamos uma pressão de 1 bar. As membranas que passaram esse teste seguiram para o módulo de permeação onde foram testadas com CO2 e N2 para pressões que variaram de 0,25 até 1 bar de pressão. Os resultados obtidos mostraram que as membranas com mais de 10% de nióbio em sua composição apresentam elevada fragilidade, além é possível que o nióbio aumente o tamanho de poro da membrana, não houve seletividade dos gases. |
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