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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32378
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-0681-2961 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Membranas compósitas de paládio e óxido de grafeno para permeação de hidrogênio |
Alternate title (s): | Composite palladium and graphene oxide membranes for hydrogen permeation |
Author: | Silva, Caroline Lacerda de Moura |
First Advisor: | Miranda, Miria Hespanhol |
First coorientator: | Cardoso, Vicelma Luiz |
First member of the Committee: | Adeodato, Melissa Gurgel |
Second member of the Committee: | Arvelos, Sarah |
Summary: | Com o aumento das emissões de gases estufa, combustíveis alternativos como o hidrogênio (H2) são cada vez mais necessários. O H2 possui elevado potencial energético, porém, sua obtenção gera subprodutos que necessitam ser separados para alcançar a pureza necessária para sua utilização. A purificação através de membranas de paládio surge como uma alternativa, graças à sua elevada eficiência e baixo consumo de energia. No entanto, o alto custo do metal exige estudos em torno da diminuição da espessura da membrana de paládio, geralmente através da deposição de uma fina camada do metal sobre suportes porosos. A redução da rugosidade das superfícies destes suportes também auxilia na deposição de camadas ultrafinas de paládio, além de diminuir a chance de defeitos que possam reduzir a seletividade. O óxido de grafeno (OG) é um composto carbônico de elevada resistência mecânica capaz de formar filmes de baixa espessura, sendo assim, o presente trabalho realizou o estudo da influência de revestimentos de óxido de grafeno visando reduzir a rugosidade da camada externa de fibras ocas de alumina para a deposição de membranas de paládio seletivas ao H2. Para isso, foram produzidas fibras ocas de alumina com mesoporosidade controlada, que foram revestidas com camadas óxido de grafeno, produzido através do método de Hummer modificado, seguido da deposição de membranas de paládio através de electroless plating. As fibras puras e revestidas foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura, permeabilidade de água e nitrogênio e rugosidade de suas superfícies externas. Os testes de permeação de H2 foram realizados nas temperaturas de 300 a 450 °C em pressões de 40 a 200 kPa. A seletividade foi avaliada através da permeação de nitrogênio (N2). Para os revestimentos testados, foi observada a diminuição de aproximadamente 13,5% da rugosidade da superfície externa da fibra oca de alumina. A membrana produzida sem camada intermediária de OG (M1) apresentou espessura de 1,56 µm, permeabilidade ao H2 de 2x10-7 mol s-1m-2kPa-1 e seletividade infinita. Entre as membranas produzidas com camada de OG, destacaram-se M3 e M4, com espessuras de cerca de 1 µm e permeabilidades ao H2 de 24x10-7 e 11x10-7 mol s-1m-2kPa-1, respectivamente. Através das análises realizadas, foi possível verificar que os revestimentos de óxido de grafeno foram capazes de proporcionar a deposição de camadas ultrafinas de paládio de seletividade infinita, reduzindo o custo de produção. |
Abstract: | With the increase of greenhouse gases emission, alternative fuels such as hydrogen (H2) are increasingly needed. H2 has a high-energy potential; however, its production generates byproducts that need to be separated in order to achieve high purity. Palladium membrane purification is an alternative separation method due to its high efficiency and low energy consumption. However, the high cost of the metal requires studies around the reduction of the palladium membrane thickness, usually by depositing of thin layer of the metal on porous supports. Decreasing surface roughness of these supports also assists the deposition of ultra-thin palladium layers and decreases the chance of defects that may reduce selectivity. Graphene oxide (GO) is a carbonic compound with high mechanical strength capable of forming single layer films with low thickness, in this sense, the present work studied the influence of graphene oxide coatings to reduce the roughness of alumina hollow fibers for the deposition of H2 selective palladium membranes. For this purpose, alumina hollow fibers with controlled mesoporosity were produced, and were coated with graphene oxide layers, produced by the modified Hummer method, followed by the deposition of palladium membranes by electroless plating technique. The pure and coated fibers were characterized by scanning electron microscopy, water and nitrogen permeability and the roughness of their external surfaces. H2 permeation tests were performed at temperatures from 300 to 450 °C at pressures from 40 to 200 kPa. For the tested coatings, approximately 13.5% reduction in surface roughness was observed. The membrane produced without intermediate layer of OG (M1) presented a thickness of 1.6 µm, H2 permeability of 2x10-7 mol s-1m-2kPa-1 and infinite selectivity. Among the membranes produced with OG layer, M3 and M4 stood out, with thicknesses of approximately 1.0 µm and H2 permeabilities of 24x10-7 and 11x10-7 mol s-1m-2kPa-1, respectively. Through the analyzes carried out, it was verified that the graphene oxide coatings were able to provide the deposition of infinite selectivity palladium ultra-thin layers, reducing the production cost. |
Keywords: | membrana paládio revestimento óxido de grafeno membrane palladium coating graphene oxide |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Subject: | Engenharia química |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | SILVA, Caroline Lacerda de Moura. Membranas compósitas de paládio e óxido de grafeno para permeação de hidrogênio. 2020. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.102 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.102 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32378 |
Date of defense: | 28-Feb-2020 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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