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Membranas de peneiro molecular de carbono (CMSM), também conhecidas como membranas ultrananoporosas de carbono, são uma tecnologia promissora na separação de gases [1,2,3]. Comparadas com as membranas poliméricas, as CMSM são mais selectivas e permeáveis, possíveis de ajuste fino do tamanho dos poros [1] e resistentes ao calor e à corrosão [3]. As CMSM têm uma distribuição de poros muito apertada, com poros na gama dos 0.3 a 0.6 nm. Estas propriedades extraordinárias fazem com que a investigação destas membranas esteja em franca expansão [3].
O desenvolvimento de membranas de peneiro molecular, com poros na gama dos nanometros, foi iniciada há cerca de duas décadas, com o trabalho pioneiro de Soffer (membranas de peneiro molecular de carbono) e por Barrer e Suzuki (membranas zeolíticas) [2]. Até agora, as membranas zeolíticas tiveram um maior impacto comercial. As membranas zeolíticas podem facilmente ser funcionalizadas com catalisadores ou transportadores fixos. Contudo, são difíceis de produzir sem defeitos e não são possíveis de ajuste fino dos poros. Por outro lado, as CMSM apresentam uma pequena reprodutibilidade na produção e perdem desempenho na presença de oxigénio [2,11].
A investigação em CMSM está essencialmente focalizada na experimentação de novos percursores e a optimização empírica de cada etapa de produção [3,4]. Uma aproximação mais sistemática é urgentemente necessária. Recentemente, no LEPAE, foi determinada pela primeira vez a distribuição de tamanhos dos poros duma CMSM [7]. Este trabalho pioneiro acrescentou evidências experimentais ao modelo há muito proposto para o sistema de poros, o qual considera constrições intermediando secções de poros mais largas [12]. Foi mesmo possível a determinação do diâmetro médio das constrições e a fracção de volume ocupada. Outros métodos foram empregues na caracterização das CMSM que nos permitem uma melhor compreensão do mecanismo de transporte de massa [1]. O objectivo do presente trabalho é o emprego  |
Resumo
Membranas de peneiro molecular de carbono (CMSM), também conhecidas como membranas ultrananoporosas de carbono, são uma tecnologia promissora na separação de gases [1,2,3]. Comparadas com as membranas poliméricas, as CMSM são mais selectivas e permeáveis, possíveis de ajuste fino do tamanho dos poros [1] e resistentes ao calor e à corrosão [3]. As CMSM têm uma distribuição de poros muito apertada, com poros na gama dos 0.3 a 0.6 nm. Estas propriedades extraordinárias fazem com que a investigação destas membranas esteja em franca expansão [3].
O desenvolvimento de membranas de peneiro molecular, com poros na gama dos nanometros, foi iniciada há cerca de duas décadas, com o trabalho pioneiro de Soffer (membranas de peneiro molecular de carbono) e por Barrer e Suzuki (membranas zeolíticas) [2]. Até agora, as membranas zeolíticas tiveram um maior impacto comercial. As membranas zeolíticas podem facilmente ser funcionalizadas com catalisadores ou transportadores fixos. Contudo, são difíceis de produzir sem defeitos e não são possíveis de ajuste fino dos poros. Por outro lado, as CMSM apresentam uma pequena reprodutibilidade na produção e perdem desempenho na presença de oxigénio [2,11].
A investigação em CMSM está essencialmente focalizada na experimentação de novos percursores e a optimização empírica de cada etapa de produção [3,4]. Uma aproximação mais sistemática é urgentemente necessária. Recentemente, no LEPAE, foi determinada pela primeira vez a distribuição de tamanhos dos poros duma CMSM [7]. Este trabalho pioneiro acrescentou evidências experimentais ao modelo há muito proposto para o sistema de poros, o qual considera constrições intermediando secções de poros mais largas [12]. Foi mesmo possível a determinação do diâmetro médio das constrições e a fracção de volume ocupada. Outros métodos foram empregues na caracterização das CMSM que nos permitem uma melhor compreensão do mecanismo de transporte de massa [1]. O objectivo do presente trabalho é o emprego desses métodos de caracterização de forma a conduzir de forma sistemática a optimização da produção das CMSM.
O Planeamento Estatístico de Experiências (DoE) é uma metodologia estatística, recentemente tornada disponível em aplicações informáticas, a qual permite duma forma estruturada e organizada determinar relações entre factores que afectam o processo e a resposta desse [5]. Esta metodologia permite ainda a obtenção dum modelo de interpolação e encontrar os óptimos locais, minimizando o número de experiências.
Este projecto tem como objectivo, partindo dum percursor de CMSM, fazer o pré-tratamento, a pirólise, e a deposição química de vapor (CVD) e a activação. Em cada etapa as membranas serão caracterizadas usando os métodos de caracterização desenvolvidos e as experiências planeadas segundo uma metodologia DoE [13]. As CMSM serão optimizadas para a separação do O2/N2. A empresa Alemã, Blue Membranes [10], com quem colaboramos há cerca de dois anos, fornecerá os percursores das membranas.
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