Efeito da estrutura química, temperatura e pressão na permeabilidade de CO2 e seletividade CO2/CH4 em filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-uréia)s

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Efeito da estrutura química, temperatura e pressão na permeabilidade de CO2 e seletividade CO2/CH4 em filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-uréia)s
Título(s) alternativo(s):	Chemical structure, temperature and pressure effect on CO2 permeability and CO2/ CH4 selectivity of films formed by water-based poli(urethane-urea)
Autor:	Bittencourt, Paula Perfeito
Primeiro orientador:	Reis, Rodrigo Azevedo dos
Primeiro coorientador:	Valdman, Andrea
Primeiro membro da banca:	Delpech, Marcia Cerqueira
Segundo membro da banca:	Leite, Marcia Christina Amorim Moreira
Terceiro membro da banca:	Carvalho, Roberto Bentes de
Resumo:	Processos de permeação de gases por membranas têm se apresentado com uma alternativa na remoção do CO2 do gás natural em plataformas de produção, principalmente no cenário do Pré-Sal brasileiro, porém ainda enfrentam desafios devido ao limitado desempenho apresentado pelas membranas comerciais. Recentemente, filmes formados a partir de dispersões aquosas de poli(uretano ureia)s (PUU) apresentaram resultados promissores, porém a influência da temperatura, da pressão e da estrutura do PUU ainda precisam ser avaliada. Neste trabalho, filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-ureia)s, à base de diisocianato de isoforona (IPDI), ácido dimetilolpropriônico (DMPA), etilenodiamina (EDA), trietilamina (TEA) e poliol contendo uma fração mássica de 25% de poli(glicol propilênico) (PPG) e 75% de copolímero em bloco à base de PPG e poli(glicol etilênico) (PEG) foram preparados, caracterizados e avaliados em ensaios de permeação de CO2 e CH4 puros. Como referência (PUU Base) foi utilizada uma formulação com razão NCO/OH de 1,5 e 7% em massa de PEG no copolímero. A partir do PUU Base, a influência do teor de PEG na formulação foi avaliada utilizando outro copolímero contendo 17% em massa deste oligômero (PUU 1), enquanto a influência da proporção entre segmentos rígidos e flexíveis foi avaliada aumentando a razão NCO/OH para 2,0 (PUU 2). Os filmes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e difração de raio X (XRD) visando identificar as mudanças estruturais causadas pelas modificações na formulação e seus impactos nas propriedades de transporte. Outro objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência das condições de operação sobre a permeabilidade de CO2 e seletividade CO2/CH4 nos filmes formados. Deste modo, ensaios de permeação foram conduzidos em duas temperaturas (35°C e 45°C) e três pressões transmembrana (1, 2 e 4 bar). O aumento da temperatura promoveu o aumento das permeabilidades, enquanto a variação da pressão conduziu a efeitos diferentes em cada material. O aumento do teor de PEG (PUU 1) não representou ganhos no desempenho da separação, enquanto o aumento da razão NCO/OH (PUU 2) apresentou resultados mais promissores
Abstract:	Membrane gas permeation have been presented as an alternative process for the removal of CO2 from natural gas on production platforms, mainly in the Brazilian Pre-Salt scenario, but the process still faces challenges due to the limited performance presented by available commercial membranes. Recently, films based on aqueous dispersions of poly(urethane-urea) (PUU) have shown promising results, but the influence of temperature, pressure and PUU structure still needs to be evaluated. In this work, films formed by aqueous dispersions of poly (urethane-urea)s, based on isophorone diisocyanate (IPDI), dimethylolpropionic acid (DMPA), ethylenediamine (EDA), triethylamine (TEA) and polyol containing a mass fraction of 25% poly (propylene glycol) (PPG) and 75% Block copolymer based on PPG and poly (ethylene glycol) (PEG) were prepared, characterized and evaluated in pure CO2 and CH4 permeation assays. As reference (PUU Base), an NCO/OH formulation of 1.5 and 7% (mass) of PEG in the copolymer was used. From the PUU Base, the influence of the PEG content on the formulation was evaluated using another copolymer containing 17% (mass) of this oligomer (PUU 1), while the influence of the ratio between rigid and flexible segments was evaluated by increasing the NCO/OH ratio for 2.0 (PUU 2). The films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD) in order to identify the structural changes caused by the modifications in the formulation and its impacts on the transport properties. Another objective of the present work was to evaluate the influence of the operating conditions on CO2 permeability and CO2/CH4 selectivity in the formed films. Thus, permeation tests were conducted at two temperatures (35 °C and 45 °C) and three transmembrane pressures (1, 2 and 4 bar). The increase in temperature promoted increased permeabilities, while pressure variation led to two different effects on each material. The increase in the PEG content (PUU 1) did not represent gains in the separation performance, while the increase in the NCO/OH (PUU 2) ratio presented more promising results
Palavras-chave:	CO2/CH4 separation gas Permeation aqueous dispersions of poly(urethane-urea) poly(ethylene glycol) structure/properties relations operational conditions Separação CO2/CH4 permeação de gases dispersões aquosas de poli(uretano ureia)s poli(glicol etilênico) relações estrutura/propriedade condições de operação
Área(s) do CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::POLIMEROS
Idioma:	por
País:	BR
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação:	BITTENCOURT, Paula Perfeito. Efeito da estrutura química, temperatura e pressão na permeabilidade de CO2 e seletividade CO2/CH4 em filmes formados por dispersões aquosas de poli(uretano-uréia)s. 2016. 127 f. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Meio Ambiente) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12066
Data de defesa:	15-Dez-2016
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Química

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