[ENG]Porous materials are suitable for gas storage and separation applications. Synthesized as powders, these materials must be formulated to be handled in industrial settings. Formulation provides an optimized structure with improved mechanical and chemical stability. Extrusion is frequently employed and enables formulation using small amounts of solvent.
This work reports the formulation of zeolites and metal-organic frameworks (MOFs), namely ZSM-5 and UTSA-16. Pastes comprising the porous material, binders (colloidal silica and poly-vinyl alcohol, PVA) and plasticizers (water and propanol) are extruded into pellets in a four-step process comprising paste preparation, extrusion, drying and thermal treatment. The formulation process leads to slight surface area reduction in zeolite samples (9% decrease); more significant variation is observed in MOF extrudates (38% decrease). In both cases, lower binder content originates denser pellets. The density of ZSM-5 extrudates was similar to commercial zeolite pellets, while in UTSA-16 it was considerably superior.
The adsorption capacity of each formulated material for methane, carbon dioxide and water is measured. Both extrudates can adsorb methane and carbon dioxide. The amount of methane adsorbed is slightly higher on ZSM-5 extrudates, while UTSA-16 extrudates show higher selectivity than ZSM-5 for carbon dioxide molecules, adsorbing nearly twice as much. ZSM-5 extrudates show resistance to water, which is desirable for utilization in several industrial applications.[PT]Os materiais porosos podem ser aplicados em processos de separação e captura de gases. É necessário proceder à sua formulação para que estes materiais possam ser utilizados na indústria, uma vez que são sintetizados como pós. Esta técnica confere ao material uma estrutura optimizada, com aumento da sua estabilidade mecânica e química. A extrusão é o processo mais frequente e permite a formulação de materiais com recurso a quantidades reduzidas de solventes.
Este estudo descreve a formulação de zeólitos e redes metal-orgânico (MOF), nomeadamente ZSM-5 e UTSA-16. Pastas compostas por um material poroso, binders (silica colloidal e álcool poli-vinílico, PVA) e plastificantes (água e propanol) são extrudadas, formando pellets, num processo de quatro etapas: preparação da pasta, extrusão, secagem e tratamento térmico. O processo de formulação leva a uma ligeira diminuição de área superficial nas amostras de zeólito (redução de 9%); a variação observada nos extrudados de MOF é mais significativa (redução de 38%). Em ambos os casos, uma composição com menos binders origina pellets mais densas. A densidade dos extrudados de ZSM-5 obtidos é semelhante à de pellets de zeólito comerciais. No caso dos extrudados de UTSA-16, a densidade é consideravelmente superior.
A capacidade de adsorção de metano, dióxido de carbono e água foi avaliada para cada material formulado. Tanto os extrudados de zeólito como os de MOF adsorvem metano e dióxido de carbono. A quantidade de metano adsorvida nos extrudados de ZSM-5 é ligeiramente superior. O oposto ocorre no caso do dióxido de carbono: os extrudados de MOF adsorvem quase duas vezes mais do que os de zeólito. Extrudados de ZSM-5 mostram resistência à água, uma característica vantajosa para aplicação em diversas indústrias.Research Council of Norway through the CLIMIT program by the SINTERCAP project (233818). Publication produced with partial support from the BIGCCS Centre, performed under the Norwegian research program: Centres for Environment-friendly Energy Research (FME). Contributing partners: ConocoPhillips, Gassco, Shell, Statoil, TOTAL, GDF SUEZ and the Research Council of Norway (193816/S60)
