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Título: Production of inorganic zeolite membranes with KFI zeolite for gas separation
Outros títulos: Produção de membranas inorgânicas de zeólita KFI para separação de gases
Autor(es): Faria, Anna Carolina Britto de
Orientador(es): Silva, Alysson Martins Almeida
Coorientador(es): Ribeiro, Camila de Lima
Assunto: Separação de gases
Freeze-casting
Suporte cerâmico
Zeólita KFI
Membranas
Data de publicação: 14-Out-2026
Referência: FARIA, Anna Carolina Britto de. Production of inorganic zeolite membranes with KFI Zeolite for gas separation. 2025. 221f., il. f. Tese (Doutorado em Química) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025.
Resumo: O desenvolvimento econômico e industrial tem levado a uma série de crises ambientais, como o aquecimento global, a poluição grave e o esgotamento dos recursos naturais. Para mitigar esses problemas, é crucial adotar estratégias de conservação de energia, de redução de emissões de poluentes e de controle de danos ambientais. O uso crescente de gás natural como fonte de energia tem sido observado devido ao seu menor impacto ambiental em comparação com outros combustíveis fósseis. A presença de contaminantes como N2 pode afetar a combustão e contribuir para a formação de óxidos de nitrogênio altamente poluentes. Portanto, processos eficientes para a remoção de N2 do gás natural são necessários. A separação de gases por membranas emergiu como uma tecnologia eficaz devido ao seu baixo custo, operação simples e alta eficiência energética. Porém, a separação dessas misturas gasosas permanece desafiadora devido à semelhança de tamanho molecular. Nesse contexto, membranas inorgânicas com zeólitas surgem como uma alternativa promissora devido à sua alta seletividade e estabilidade térmica. A zeólita KFI demonstrou potencial para separação de gases devido ao seu pequeno tamanho de poros. Além disso, estudos prévios de adsorção mostraram que esta zeólita apresenta elevada seletividade para a separação de N2, CO2 e CH4 e entender o comportamento de adsorção e da capacidade de adsorção dos gases, especialmente do CO2 (que interage de forma mais intensa com a estrutura da zeólita em comparação com N2 e CH4) destaca o potencial da zeólita KFI para aplicações de adsorção seletiva e separação de CO2. Entretanto, estudos sobre a fabricação de membranas inorgânicas utilizando zeólita KFI são escassos na literatura. Portanto, este estudo investigou a preparação de membranas inorgânicas incorporando zeólita KFI, com foco na síntese de suportes cerâmicos e na formação da zeólita. Os resultados mostraram que a técnica de freeze-casting influenciou significativamente as propriedades mecânicas e a estrutura dos suportes cerâmicos de alumina, produzindo materiais com alta resistência mecânica e conectividade, aspectos cruciais para o desenvolvimento de suportes cerâmicos para separação de gases. Além disso, a escolha das fontes de alumínio e sílica na síntese da zeólita afetou a pureza e a estrutura das amostras resultantes. Amostras com alta área superficial e microporosidade, medidas em 523,8 e 469,4 m²/g, respectivamente, indicam que quase 90% da área é composta por microporos de pequeno tamanho de partícula, tornando-as ideais para aplicação em membranas de zeólita. Esses achados ressaltam a eficácia da síntese de membranas inorgânicas sem o uso de templantes orgânicos, fornecendo materiais com alto potencial para aplicações em membranas devido à sua baixa hidrofobicidade e eficiência na separação.
Abstract: The global increase in economic and industrial development has led to a series of environmental crises, such as global warming, severe pollution, and depletion of natural resources. To mitigate these issues, it is crucial to seek means of energy conservation, reduction of pollutant emissions, and environmental damage control. The growing use of natural gas as an energy source has been observed due to its lower environmental impact compared to other fossil fuels. However, its composition, which includes contaminating gases like N2, can affect combustion and contribute to the formation of highly polluting nitrogen oxides. Therefore, efficient processes for N2 removal from natural gas are necessary. Gas separation by membranes has emerged as an effective technology due to its low cost, simple operation, and high energy efficiency. However, the separation of these gases mixtures has been challenging due to the similarity in size between these gases. In this context, inorganic membranes, especially those based on zeolites, emerge as a promising alternative due to their high selectivity and thermal stability. The KFI zeolite has shown potential for gas separation due to its small pores. Additionally, previous adsorption studies have revealed higher selectivity of this zeolite for N2, CO2 and CH4 separation compared to other commercial zeolites. Understanding the adsorption behavior and adsorption capacity of gases, particularly CO2, seeing that CO2 exhibits stronger interactions with the zeolite framework compared to N2 and CH4, highlighting the potential of KFI zeolite for selective CO2 adsorption and separation applications. However, studies on the preparation of inorganic membranes with KFI zeolite are scarce in the literature. Therefore, this study investigated the preparation of inorganic membranes with KFI zeolite, focusing on the synthesis of ceramic supports and zeolite formation. The results showed that the freezing method used in the freeze-casting technique had a significant impact on the mechanical properties and structure of alumina ceramic supports with high mechanical strength and high connectivity, crucial aspects in the development of ceramic supports for gas separation. Furthermore, the study of different sources of aluminum and silica in zeolite synthesis affected the purity and structure of the samples. Samples with high surface area and micropore area with values of 523.8 and 469.4 m²/g, respectively, indicate that almost 90% of their area is formed by micropores with small particle size, ideal for use in zeolite membranes. These findings highlight the effectiveness of inorganic membrane synthesis without the use of organic templates, offering materials with high potential for membrane applications due to their low hydrophilicity and separation efficiency.
Unidade Acadêmica: Instituto de Química (IQ)
Informações adicionais: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2025.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Química
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Fundação de Empreendimentos Científicos e Tecnológicos (FINATEC) e Petroliam Nasional Berhad (Petronas)
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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