Membranas de base PVA mais eficientes para a captura e separação de gases

Abstract

Nos últimos anos uma crescente preocupação ambiental tem guiado parte da investigação científica no sentido de desenvolver soluções mais eficientes e económicas para a captura, separação e armazenamento de dióxido de carbono (CO2). Neste contexto e de entre as tecnologias que mais têm crescido nestes últimos anos, os processos de separação seletiva de CO2 através de membranas de base polimérica ou compósita, têm-se vindo a destacar, principalmente devido à sua versatilidade, caráter limpo e baixo custo. No entanto e em alguns casos específicos, a sua baixa eficiência e baixa capacidade de produção podem tornar estes processos menos competitivos quando comparados com outros processos de separação de CO2. Assim, de entre outras abordagens e no sentido de fazer face a estas limitações, algumas das estratégias desenvolvidas recentemente têm-se focado na preparação de membranas com elevada seletividade para o CO2, o que tem vindo a ser feito através da incorporação de certos aditivos com grande afinidade para este gás nos materiais que compõem as membranas de separação gasosa. De entre estes aditivos a incorporação de determinados líquidos iónicos (LI) ou poli(líquidos iónicos) (PIL), muito específicos, tem vindo a ser considerada e estudada nos últimos anos uma vez que estas substâncias são conhecidas pela sua elevada capacidade em absorver quantidades apreciáveis de CO2. No entanto, a incorporação destes LI em membranas de separação gasosa em geral, e de CO2 em particular, necessita ainda de ser melhorada de forma a evitar, entre outros problemas, a segregação de fases. Desta forma torna-se necessário desenvolver novos materiais e novas estratégias de incorporação destes compostos em membranas de separação de CO2. Este trabalho tem como principal objetivo a síntese, o processamento e a caracterização de membranas compósitas com potencial para serem usadas na captura e separação de CO2, e que consistem numa matriz polimérica, de base poli(álcool vinílico) (PVA), não-reticuladas ou reticuladas com glutaraldeído (GA), não plastificadas ou plastificadas com glicerol, e que contêm micro/nano cápsulas de sílica (shell)/LI(core) imobilizadas no seu interior. Devido ao seu carácter hidrofóbico e à sua capacidade de solubilizar quantidades apreciáveis de CO2, o LI escolhido e usado neste trabalho foi o 3Methyl-1-Octylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (OMIM[NTf2]).

In recent years a growing environmental concern has guided part of scientific research to develop more efficient and economical solutions for the capture, separation and storage of carbon dioxide (CO2). In this context, and among the technologies that have grown the most in recent years, the processes of selective separation of CO2 through polymer-based or composite-based membranes have come to the fore, mainly due to their versatility, clean character and low cost. However, and in some specific cases, their low efficiency and low production capacity may render these processes less competitive when compared to other CO2 separation processes. Thus, among other approaches and to address these limitations, some of the strategies developed recently have focused on the preparation of membranes with high selectivity for CO2, which has been done through the incorporation of certain additives with high affinity for this gas in the materials that make up the gas separation membranes. Among these additives, the incorporation of certain very specific ionic liquids (IL) or poly (liquid ionics) (PIL) has been considered and studied in recent years as these substances are known for their high capacity to absorb significant quantities of CO2. However, the incorporation of these ILs into gas separation membranes in general, and CO2 in particular, still needs to be improved in order to avoid, among other problems, the ionic liquid loss. In this way it would be necessary to develop new materials and new strategies of incorporation of these compounds into CO2 separation membranes. This work has as main objective the synthesis, processing and characterization of composite membranes with potential to be used in the capture and separation of CO2, and which consist of a poly (vinyl alcohol) (PVA) based matrix crosslinked with glutaraldehyde (GA), unplasticized or plasticized with glycerol, and containing micro/nano silica (shell)/LI (core) capsules. Due to its hydrophobic character and to its ability to solubilize appreciable amounts of CO2, the IL chosen and used for this work is the 3-Methyl-1-Octylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (OMIM [NTf2]).