http://repositorio.unb.br/handle/10482/57248| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| GiovanaMagalhaesDosSantos_TESE.pdf | 12,34 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
| Título: | Production of inorganic membranes with SSZ-13 zeolite for gas separation |
| Outros títulos: | Produção de membranas inorgânicas com zeólita SSZ-13 para separação de gases |
| Autor(es): | Santos, Giovana Magalhães dos |
| Orientador(es): | Silva, Alysson Martins Almeida |
| Coorientador(es): | Athayde, Daniel Dornellas |
| Assunto: | Zeólita SSZ-13 Síntese assistida por micro-ondas Monólitos cerâmicos Freeze-casting Membranas inorgânicas |
| Data de publicação: | 14-Out-2026 |
| Data de defesa: | 9-Dez-2025 |
| Referência: | SANTOS, Giovana Magalhães dos. Production of inorganic membranes with SSZ-13 zeolite for gas separation. 2025. 189 f., il. f. Tese (Doutorado em Química) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025. |
| Resumo: | Neste estudo, foram desenvolvidas membranas inorgânicas do tipo SSZ-13/α-Al2O3, com foco em aplicações futuras para a separação gasosa de componentes do gás natural. A produção envolveu a otimização do suporte cerâmico por freeze-casting e o desenvolvimento da fase ativa de zeólita SSZ-13 por diferentes métodos de síntese, com destaque para a rota assistida por micro-ondas. O estudo dos suportes cerâmicos evidenciou que o tipo de dispersante (ácido cítrico e EFKA FA 4663) utilizado no processo de freeze-casting impactou nas propriedades microestruturais e mecânicas. Monólitos cerâmicos preparados com o dispersante ácido cítrico e o solvente álcool tert-butílico apresentaram porosidade de até 60,4%, boa conectividade entre os poros e resistência à compressão de até 7,9 MPa, características adequadas para seu uso como substrato de membranas. Na síntese da zeólita SSZ-13, a escolha do contra-íon revelou que o potássio (K+ ) favoreceu a formação de cristais cúbicos altamente cristalinos (97.9%) e homogêneos. Além disso, a aplicação de radiação micro-ondas combinada com a adição de sementes de SSZ-13 permitiu reduzir drasticamente o tempo de síntese (de 4 dias para 60 minutos) e o tamanhos dos cristais (de 5.67 ± 0.07 µm para 0,645 ± 0,016 µm). A zeólita SSZ-13, produzida via síntese assistida por micro-ondas em 60 minutos, apresentou ainda elevada cristalinidade (97%) e grande área superficial específica (694,9 m2 ∙g -1 ), evidenciando seu potencial como fase ativa em membranas. As membranas inorgânicas produzidas por dip-coating, utilizando as sementes produzidas via síntese assistida por micro-ondas e via síntese hidrotérmica, exibiram camadas zeolíticas finas e homogêneas, com espessuras entre 1,86 e 6,43 µm, e alto grau de recobrimento sobre os suportes de α-Al2O3. Estudos teóricos de adsorção (IAST) demonstraram elevada seletividade para CO2 nas misturas CO2/CH4 e CO2/N2, reforçando o potencial da SSZ-13 como fase ativa em processos de separação gasosa. Dessa forma, os resultados obtidos confirmam o sucesso na produção de membranas SSZ-13/α-Al2O3 com propriedades estruturais e adsortivas otimizadas para sua fase ativa, estabelecendo parâmetros importantes para estudos futuros voltados à otimização do desempenho e aplicação de membranas zeolíticas em processos de separação de misturas de gases representativas do gás natural. |
| Abstract: | In this study, inorganic SSZ-13/α-Al2O3 membranes were developed, focusing on future applications for gas separation of natural gas components. The production involved optimization of ceramic support by freeze-casting and the development of the active SSZ-13 zeolite phase through different synthesis methods, with emphasis on the microwave-assisted route. The study of the ceramic supports showed that the type of dispersant (citric acid and EFKA FA 4663) used in the freeze-casting process affected the microstructural and mechanical properties. Ceramic monoliths prepared with citric acid as dispersant and tert-butyl alcohol as solvent exhibited porosity of up to 60.4%, good pore connectivity and compressive strength of up to 7.9 MPa, characteristics suitable for their use as membrane substrates. In the synthesis of SSZ-13 zeolite, the choice of counter-ion revealed that potassium (K+ ) favored the formation of highly crystalline (97.9%) and homogeneous cubic crystals. In addition, the application of microwave radiation combined with the addition of SSZ-13 seeds allowed a drastic reduction in synthesis time (from 4 days to 60 minutes) and crystal size (from 5.67 ± 0.07 µm to 0.645 ± 0.016 µm). The SSZ-13 zeolite produced via microwave-assisted synthesis in 60 minutes also exhibited high crystallinity (97%) and large specific surface area (694.9 m2 ∙g -1 ), demonstrating its potential as an active phase in membranes. The inorganic membranes produced by dip-coating, using seeds obtained via microwave-assisted synthesis and hydrothermal synthesis, exhibited thin and homogeneous zeolitic layers, with thicknesses between 1.86 and 6.43 µm, and a high degree of coverage over the α-Al2O3 supports. Theoretical adsorption studies (IAST) demonstrated high selectivity for CO2 in CO2/CH4 and CO2/N2 mixtures, reinforcing the potential of SSZ-13 as an active phase in gas separation processes. Thus, the results obtained confirm the successful production of SSZ-13/α-Al2O3 membranes with optimized structural and adsorptive properties for their active phase, establishing important parameters for future studies aimed at optimizing the performance and application of zeolitic membranes in gas mixture separation processes representative of natural gas. |
| 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 |
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| Aparece nas coleções: | Teses, dissertações e produtos pós-doutorado |
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