Gás natural que contém maiores quantidades de sulfeto de hidrogênio (H ₂ S) e dióxido de carbono (CO ₂ ) é denominado gás ácido. Antes de entrar em um pipeline, deve ser 'adoçado' pela remoção de suas impurezas ácidas. Por meio do ajuste fino das proporções de dois componentes moleculares, é possível produzir membranas de poliimida sob medida que podem purificar gás ácido com uma ampla gama de composições, conforme relatado por pesquisadores na revista Angewandte Chemie .

O principal componente do gás natural é o metano (CH ₄ ) O H ₂ S e CO ₂ no gás ácido reage acidicamente com a umidade, tornando-os altamente corrosivos. Além disso, H ₂ S é altamente tóxico e representa um risco para a segurança. Hoje, o adoçamento é geralmente obtido por meio de lavagem química com alto consumo de energia, que não é economicamente viável para gás com altas concentrações de H ₂ S e CO ₂ . Além disso, este processo requer um grande, aparelhos complexos que são impossíveis de usar em instalações remotas ou offshore. Escalável, separações de membrana econômicas representam uma excelente alternativa.

Membranas baseadas em polímeros de poliimida vítrea feitos de um grupo especial contendo nitrogênio e oxigênio demonstram boa eficiência de separação. Contudo, uma compreensão fundamental das relações entre as estruturas de poliimidas e suas propriedades de transporte de gás na presença de H ₂ S tem faltado, impedindo o projeto de membranas avançadas. Uma equipe liderada por William J. Koros no Instituto de Tecnologia da Geórgia (Atlanta, EUA) já abordou este assunto.

As separações por membrana baseiam-se no fato de que gases com maior solubilidade passam mais facilmente pelos materiais da membrana; Contudo, moléculas de gás menores também podem se difundir através das membranas com mais facilidade. O desafio para adoçar reside no fato de que a separação de CO ₂ depende principalmente de uma diferença de tamanho (CO ₂ é menor que CH ₄ ), enquanto a separação do H de tamanho semelhante ₂ S e CH ₄ depende das diferenças de solubilidade. Além disso, as membranas de poliimida vítrea começam a amolecer à medida que absorvem mais gás dissolvido. Isso é favorável para a separação de H ₂ S mas desfavorável para a separação de CO ₂ .

Para seus experimentos, os pesquisadores produziram poliimidas com base em 6FDA (4, 4 '- (hexafluoroisopropilideno) anidrido diftálico. Eles usaram dois blocos de construção 6FDA diferentes, que polimerizaram em uma variedade de proporções. Um bloco de construção (DAM) apresenta um grupo trimetil benzeno volumoso, o que evita que as cadeias de polímero sejam densamente empacotadas. Isso aumenta a permeabilidade do gás e a tendência de amolecimento. O outro bloco de construção (DABA) contém um grupo de ácido benzóico polar. Isso aperta a embalagem das correntes, diminuindo a permeabilidade, mas aumenta H ₂ Solubilidade de S.

Proporções mais altas de DAM aumentam a permeabilidade em direção ao CO ₂ , mas também CH ₄ , o que diminui a seletividade. Em contraste, a seletividade em relação a H ₂ S quase não é afetado. Quanto mais DAM incluído, quanto mais o polímero amolece, o que é desfavorável para CO ₂ mas favorável para H ₂ S. Ajustando cuidadosamente as quantidades relativas dos blocos de construção, o empacotamento das cadeias de polímero e a tendência para plastificar podem ser equilibrados para produzir membranas que simultaneamente e eficientemente separam H ₂ S e CO ₂ . Isso torna possível adaptar membranas para diferentes composições de gás natural.