Desenvolvimento de membranas cerâmicas com fibra de carbono como agente porogênico...

Este trabalho estuda a manufatura de membranas para microfiltração com o uso de fibras de carbono como agente porogênicos. Membranas cerâmicas são barreiras físicas empregadas na filtração. Elas apresentam vantagens devido à sua natureza química inerte e a resistência às temperaturas relativamente elevadas, porém, sendo porosas, tendem a não suportar altas pressões. Seu comportamento pode ser relacionado à sua morfologia com diferentes propriedades (tamanho, forma, difusividade, entre outras) de cada composição. Dessa forma, ela representa a ferramenta mais importante em processos de filtração. O presente trabalho investiga a possibilidade de introduzir fibras de carbono para que, após a queima, reste canais de comunicação e devido à maior probabilidade de contato entre as fibras, se consiga alta permeabilidade com manutenção da resistência mecânica. Formulações foram preparadas com variação tanto no comprimento como na concentração das fibras de carbono e sinterizadas em duas diferentes temperaturas. Os corpos cerâmicos porosos resultantes foram caracterizados por sua retração linear, porosidade, micrografia por microscopia eletrônica de varredura, microtomografia computadorizada de raio-x, desempenho sob o aspecto fluidodinâmico e desempenho mecânico no ensaio de resistência à flexão 3 pontos. Pelo método estatístico Taguchi foram correlacionados os parâmetros do projeto: comprimento da fibra de carbono, concentração de fibra de carbono e temperatura de queima. Os resultados do teste estatístico foram validados com suas respectivas avaliações experimentais. Assim, a combinação que melhor atendeu ao compromisso foi com fibras de 1mm de comprimento, na concentração de 3 v/v e queimadas à 1500ºC, que apresentou permeabilidade Darcyana de 3,44.10-15m² e resistência à fratura de 56,27MPa.

Título em Inglês

Ceramic membrane development with carbono fiber as porosity precursor

Palavras-chave em Inglês

Ceramic membrane
Carbon fiber
Permeability
Mechanical resistance
Taguchi method

Resumo em Inglês

The present study aim to comprehend membranes manufacture for microfiltration, with carbon fiber as porogenic agent. Ceramic membranes are physical barriers applied in microfiltration. Its advantages are related to inert chemical and resistance to relatively high temperatures. However, being porous, tend not to withstand high pressures. The resultant behavior may be related to their morphology with different properties (size, shape, diffusivity, among others) of each composition. In this way, it represents the most important aspect in filtration processes. This work investigates the possibility of introducing carbon fibers so that, after firing, communication channels are subtracted and due to the greater probability of contact between fibers, high permeability is obtained with maintenance of the mechanical resistance. Formulations were prepared with varying length and concentration of carbon fibers and sintered at two different temperatures. The resulting porous ceramic bodies were characterized by linear retraction, porosity, scanning electron microscopy, x-ray computerized microtomography, performance under the fluid-dynamic aspect, and mechanical performance in the 3-point flexural strength test. By the Taguchi statistical method, parameters were correlated: carbon fiber length, carbon fiber concentration and firing temperature. The results of the statistical test were validated with ANOVA and their respective experimental evaluations. The combination that best met the commitment was 3% v/v of 1mm fibers and burnt at 1500°C, with Darcyana permeability of 3.44 10-15m² and fracture stress of 56.27MPa.

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Data de Publicação

2018-05-03

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