Transição Controle de Temperatura de Difusão de Knudsen para Fluxo Viscoso em uma Membrana Cerâmica Macroporosa

As membranas cerâmicas mostram potencial para extração de CO2 em alta temperatura a partir de gases de combustão; no entanto, seu desempenho sob estresse simultâneo de calor e pressão não é bem compreendido. Esta pesquisa aborda as características de separação CO2/N2 dependentes da temperatura de uma membrana cerâmica comercial (tamanho de poro ~0,1–1 µm) utilizando gás de combustão simulado (11,8% CO2, 74,2% N2, 2,5% O2, restante CH4) em temperaturas variando de 60 a 140 °C e pressões entre 4 e 6 bar. Um GC-TCD calibrado foi utilizado para quantificar as composições do permeado em várias aberturas de válvula. Com uma seletividade CO2/N2 (α) de 0,75 a 4 bar, a máxima enriquecimento de CO2 atingiu o pico em 80 °C (10,8 mol%), aproximando-se do limite de difusão de Knudsen (0,80). A seletividade diminuiu drasticamente além de 100 °C—α = 0,61 (100 °C), 0,45 (140 °C)—e o CO2 caiu para 5,8% a 4 bar e 2,2% a 6 bar. A dominância do fluxo viscoso foi demonstrada pela forte amplificação de pressão—α diminuiu em mais de 60% de 4 para 6 bar em todas as temperaturas testadas. Essas descobertas enfatizam a possibilidade de colapso do desempenho em correntes de gás de combustão aquecidas e sob pressão e identificam a janela de operação limitada sob a qual o transporte controlado por Knudsen pode ser mantido. O estudo fornece uma evidência quantitativa de uma transição no regime de transporte sob condições de gás de combustão misto.