Produção e caracterização de membranas tubulares finas de Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) em função do tipo de ligante polimérico empregado

Abstract

Membranas cerâmicas formadas por óxidos com estrutura perovskita (condutividade mista iônica-eletrônica) podem seletivamente separar o oxigênio do ar ou de outras misturas gasosas contendo oxigênio. Estas membranas são promissoras para uso em muitos processos industriais que requerem contínuo fornecimento de oxigênio puro. As aplicações previstas variam desde bombas de oxigênio para aplicações médicas a uso em larga escala em processos de combustão (gaseificação de carvão). Outra aplicação é encontrada na área de processos químicos, que requerem oxigênio puro para obter gás de síntese (CO+H2). Para tais aplicações, a taxa de fluxo é principalmente influenciada pelo material, condições ambientes (pressão parcial do gás e temperatura) e pelo fator geométrico (área da membrana e espessura). Neste trabalho, o objetivo principal foi o desenvolvimento de membranas tubulares finas de perovskita (Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ) com espessura de parede menor que 300μm. A influência na qualidade dos tubos extrudados foi avaliada em função de ligantes poliméricos (PS, PEBD e PEG). Foram investigados a degradação do polímero durante o processo de mistura, assim como, fatores geométricos antes e depois da remoção do ligante. Os resultados da formulação contendo 20% de PEG e 80% de PS na composição do ligante são muito promissores. Mesmo após a remoção dos ligantes poliméricos estes tubos apresentaram bom alinhamento e cilindricidade e, sobretudo ausência de defeitos superficiais.

Ceramic membranes made from mixed ionic-electronic conductor (MIEC) perovskite oxides can selectively separate oxygen from air or other gas mixtures containing oxygen. These membranes are promising for use in many industrial processes that require a continuous supply of pure oxygen. The applications envisioned range from small-scale oxygen pumps for medical applications to large-scale usage in combustion processes, e.g. coal gasification. Another application of mixed-conducting oxide membranes can be found in the field of chemical processes, which require pure oxygen such as the oxidation of methane or other hydrocarbons to obtain synthesis gas (CO+H2), the so-called syngas. For these application, the flux rate is mainly influenced by the material, environmental conditions (partial pressure of the gas and temperature), and the geometrical factor (membrane area and thickness). In this work, the main aim was the development of thin tubular Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ perovskite membranes with a wall thickness of less then 300 μm. The influence on the quality of thermoplastic extruded tubes with different polymeric binder, e.g. polystyrene, polyethylene and polyethylene glycol was discussed in detail. Degradation of the polymer during compounding, as well as the roundness, straightness and deformation before and after debinding step were investigated for the different binder systems. The results of the formulation containing 20% of PEG and 80% of PS in the composition of the binder are very promising. Even after the removal of polymeric binders these tubes showed good straightness and roundness and especially the absence of defects.