A exploração do pré sal na costa brasileira aumentará a produção de petróleo e gás natural. O gás natural é composto, principalmente, por gás metano (CH4) e gás carbônico (CO2), sendo que o último reduz o poder calorífico da mistura, limitando a sua aplicação nas atividades industriais e processos de combustão. O uso de membranas para separação de gases é uma tecnologia que vem despertando interesse industrial e científico devido à sua eficiência e menor consumo de energia comparado a outras tecnologias atualmente empregadas. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de membranas de matriz mista e dupla camada, zeólita/caulim, por extrusão simultânea, na configuração de fibras ocas para a separação de CO2 e CH4. A fabricação envolveu a produção de suspensões de zeólita e caulim, em soluções poliméricas (Polietersulfona (PES)/N-metil-2-pirrolidona(NMP)/Aditivo) para conformação das fibras ocas pelos processos de extrusão dupla simultânea e inversão de fases por imersão. Primeiramente, foram fabricadas membranas suporte de caulim a fim de verificar a melhor composição da dispersão (porcentagem PES, NMP, partículas cerâmicas e aditivo), vazão da solução interna e a resistência mecânica do suporte. A vazão da solução interna em que o lúmem da membrana ficou mais regular foi de 25 mL/min e a maior resistência mecânica foi para o suporte com 45% de caulim. Foram produzidas membranas de dupla camada com concentrações de zeólita na camada ativa de 10, 20 e 30%. As membranas foram submetidas à avaliação da sua estrutura interna (MEV), área superficial e porosidade (fisiossorção), resistência mecânica (ensaio de tração), e desempenho com teste de permeabilidade. As membranas apresentaram seletividade de 1,75, 2,35 e 1,86 e permeancia (GPU) de 65,74, 42,94 e 28,50 respectivamente. Foi feita uma tentativa de otimização da seletividade da membrana com 20% de zeólita, utilizando NMP no banho de coagulação na concentração de 10 e 20%, porém não houve melhora. Portanto, foi possível fabricar membranas de dupla camada e extrusão simultânea utilizando caulim e zeolita, sem que ocorresse delaminação das camadas. Novos estudos são necesários para melhorar a seletividade da membrana para que ela consiga ultrapassar a barreira indicada por Robeson (2008) na literatura.

Pre-salt exploration off the Brazilian coast will increase oil and natural gas production. Natural gas is mainly composed of methane gas (CH4) and carbon dioxide (CO2), the latter of which reduces the calorific value of the mixture, limiting its application for industrial activities and combustion processes. The use of membranes for gas separation is a technology that has been attracting industrial and scientific interest due to its efficiency and lower energy consumption compared to other technologies currently used. The objective of this work was the development of dual layer mixed matrix membranes, zeolite/kaolin, by simultaneous extrusion, in the configuration of hollow fibers for of CO2 and CH4 separation. The manufacture involved the production of zeolite and kaolin suspensions, in polymeric solutions (Polyethersulfone (PES)/N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)/Additive) for casting hollow fibers by simultaneous double extrusion processes and phase inversion by immersion. First, kaolin support membranes were manufactured in order to verify the best dispersion composition (PES, NMP percentage, ceramic particles and additive), internal solution flow rate and support mechanical resistance. The flow of the internal solution in which the membrane lumen was more regular was 25 mL/min and the highest mechanical resistance was for the support with 45% kaolin. Double layer membranes were cast with zeolite active layer concentrations of 10, 20 and 30%. The membranes were evaluated through the analysis of its internal structure (SEM images), surface area and porosity (physiosorption), mechanical resistance (tensile test), and performance with permeability test. The membranes showed selectivities of 1.75, 2.35 and 1.86 and permeance (GPU) of 65.74, 42.94 and 28.50 respectively. An attempt was made to optimize the selectivity of the membrane with 20% zeolite, using NMP in the coagulation bath at a concentration of 10 and 20%, but there was no improvement. Therefore, it was possible to manufacture double layer membranes and simultaneous extrusion using kaolin and zeolite, without delamination of the layers. New studies are needed to improve the selectivity of the membrane so that it overcomes the barrier indicated by Robeson (2008) in the literature.