Novo ferro magnético

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13675 (2022) Citar este artigo

900 Acessos

2 Citações

Detalhes das métricas

Este trabalho apresenta novas membranas magnéticas de poli(étersulfona) (PES) de matriz mista que combinam as vantagens do polímero PES comum de baixo custo e ligas magnéticas de ferro-níquel de baixo custo. Além disso, as membranas PES de matriz mista magnética apresentadas foram fabricadas e usadas sem a aplicação de um campo magnético externo durante a fundição da membrana ou o processo de separação. As membranas magnéticas fabricadas foram preparadas usando a técnica de inversão de fases e mistura dos solventes N-metilpirrolidona e N,N-Dimetilformamida com proporção volumétrica 1:9 e cloreto de lítio como aditivo. As ligas magnéticas de ferro-níquel usadas foram preparadas por um método de redução química simples com morfologias únicas (Fe10Ni90; tipo estrela do mar e Fe20Ni80; tipo colar). As membranas fabricadas foram caracterizadas usando imagens de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) e Microscópio Eletrônico de Transmissão de Varredura (STEM), raios-X dispersivos de energia (EDX), termogravimétricos (TGA) e difração de raios-X (XRD). Além disso, o ângulo de contato com a água estática, a espessura da membrana, a rugosidade da superfície, a porosidade da membrana, a resistência à tração da membrana, bem como a análise do magnetômetro de amostra vibratória (VSM) e a taxa de transição de oxigênio (OTR) foram determinados. Além disso, estudou-se o efeito da concentração da liga e do uso de cloreto de lítio como aditivo nas propriedades das membranas PES fabricadas em branco e PES de matriz mista magnética. As novas membranas PES de matriz magnética mista apresentadas têm alta coercividade de até 106 (emu/g) com 3,61 × 10–5 cm3/cm2·s OTR em comparação com membranas PES em branco não permeáveis ​​ao oxigênio. As novas membranas PES de matriz magnética mista apresentadas têm bom potencial na separação de gás (oxigênio).

A separação do ar em seus componentes geralmente é realizada para uso industrial e médico. A separação de misturas de gases binários é especialmente procurada para produzir gases valiosos para inúmeras aplicações e mitigar a poluição. Os gases hidrogênio, oxigênio e nitrogênio são considerados os gases mais valiosos de particular importância, pois os gases puros individuais obtidos podem ser contribuídos de forma eficiente em várias áreas1. O ar enriquecido com oxigênio tem várias aplicações médicas, químicas e industriais, por exemplo, é usado para melhorar a combustão na combustão de oxi-combustível, aumentando as velocidades de queima2, regeneração de catalisadores em craqueamento catalítico fluido3, melhoria da qualidade do ar interno4,5, tratamento de esgoto plantas6,7 e tratamentos médicos8,9. Já o ar enriquecido com nitrogênio pode ser aplicado em armazenamento de alimentos10,11, controle de incêndios12,13, recuperação de óleo14,15 e drenagem de água16.

As técnicas convencionais que têm sido utilizadas para a separação dos gases O2/N2 são a destilação criogênica17,18 e a adsorção por oscilação de pressão (PSA)19,20,21. Ambas as técnicas são tecnologias comerciais onde oxigênio e nitrogênio podem ser produzidos em quantidade substancialmente adequada e alta pureza, no entanto, são limitadas por sua complexidade, grandes requisitos de espaço, alto custo e alto consumo de energia22. A separação de gases por membranas ganhou atenção especial dos pesquisadores nas últimas décadas. Ele oferece inúmeras vantagens sobre os métodos convencionais em termos de consumo de energia, pegada, espaço pequeno, compatibilidade ambiental, custo relativo de capital e operacional e facilidade de operação23,24,25.

As membranas para separações de gases são classificadas em: membranas orgânicas (poliméricas), inorgânicas, de matriz mista (compostas) (MMMs) e outras membranas desenvolvidas recentemente, como membranas suportadas por líquido iônico (ILSM)26, polímeros com microporosidade intrínseca (PIMs)27, estrutura metal-orgânica (MOF)28 e polímeros termicamente rearranjados (TR)29. As desvantagens das membranas poliméricas incluem uma compensação inerente entre permeabilidade e seletividade, bem como menor estabilidade térmica e química em comparação com membranas inorgânicas. As membranas inorgânicas têm maior eficiência de separação do que as membranas poliméricas e podem suportar processos de separação de alta temperatura; no entanto, sua separação é inversamente proporcional à pressão do gás de alimentação, bem como às possibilidades de envenenamento30. Para melhorar as aplicações de membranas na separação de gás, novos materiais/membranas de matriz mista (MMMs) podem combinar as vantagens da matriz polimérica e do enchimento inorgânico e minimizar as desvantagens de ambos os componentes para ser a chave para melhorar o gás à base de membrana separação.