Análise computacional da síntese de membranas de carbono

Abstract

Membranas de carbono (MC) possuem grande potencial de aplicação, pois apresentam elevada permeabilidade e seletividade, devido ao tamanho de seus poros que são próximos a diâmetros moleculares. Graças a sua composição grafítica estas são estáveis quimicamente e mecanicamente podendo serem usadas em separações de misturas em condições severas, como em alta temperatura e produtos corrosivos. Neste trabalho simulações de dinâmica molecular com o potencial reativo Reaxff foram empregadas para estudar o processo de pirólise do polímero Poliacrilonitrila (PAN) para a formação de membranas de carbono. O objetivo é obter um melhor entendimento dos processos físico-químicos envolvidos na transformação polímeroMC visando fornecer informações relevantes para uma melhoria do controle das propriedades do produto final. Foram analisadas duas configurações iniciais: uma do polímero com a sua cadeia original e outra da configuração deste submetido a um processo de pré-estabilização para aumentar a sua estabilidade á altas temperaturas, utilizado comumentemente. Durante a exposição do PAN em altas temperaturas foi verificada a geração de moléculas gasosas de H2, N2 e NH3 e a transformação das cadeias poliméricas em uma estrutura plana, com poros nanométricos, e com a presença de anéis de carbono que caracterizam estrutura grafítica, que aumentam a resistência da membrana. O aumento da temperatura de processo aumentou a formação de produtos gasosos e do número de estruturas cíclicas de carbono. Verificou-se a formação de poros de 3 até 7 Å de abertura. Os principais mecanismos das transformações puderam ser identificados através da observação dos resultados das trajetórias atômicas fornecidas pela simulação.