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Síntese de membranas de fibra oca de Polisulfona/Alumina para o tratamento de água na presença do corante índigo blue

Publicado em 10/02/2021 às 10:26:03

Resumo

Motivado pelas necessidades tecnológicas e ambientais, os processos de separação por membranas têm exibido uma grande melhora em relação às técnicas tradicionais. Estes benefícios incentivam a aplicação de separações por membranas e estimulam o desenvolvimento em processos de purificação e esterilização nas indústrias farmacêutica e alimentícia, em geral. Além disso, elas são utilizadas no tratamento de água para uso industrial ou urbano, dessalinização, separação de gases, clarificação de sucos, hemodiálise e no tratamento de efluentes. Esta última, é a aplicação que este trabalho se destina, especialmente na separação de água dos corantes têxteis, isto é, o índigo blue. Dessa forma, foram sintetizadas membranas de polisulfona na forma de fibra oca, com teores variados de alumina, para uso no tratamento de efluentes. Foram avaliadas as características morfológicas, a hidrofilicidade, as medidas de fluxo e a medida de turbidez delas. As membranas foram produzidas pelo método da inversão de fase, via extrusão a frio, imersão -precipitação. Os resultados obtidos por filtração indicam que as partículas de alumina podem aumentar o fluxo de água melhorando a hidrofilicidade da membrana. Por MEV, foi verificada uma maior quantidade de poros, de tamanhos menores, com a inserção da alumina na polisulfona. Desse modo, por meio da análise do Turbidímetro, a quantidade de partículas suspensas de índigo blue na membranacom alumina foi menor, visto que os poros destas são menores e em maior quantidade, gerando uma maior remoção do corante. Assim, com o aumento do teor de alumina, foi melhorada a separação entre a água e o corante índigo blue.

Introdução

O planeta vem sofrendo com inúmeras formas de poluição, e ao longo do tempo essa poluição é a causa de enorme desequilíbrio. Dentre os tipos de poluição, a hídrica é uma das piores, visto que a maioria dos materiais e substâncias que são descartados de maneira inadequada atinge os rios, lagos e o mares; afetando a saúde humana, os seres vivos e todo o ecossistema. Uma das substâncias que mais tem poluído as águas é um corante têxtil insolúvel em água conhecido como Índigo blue (Meksi, Kechida, & Mhenni, 2007). Dessa forma, a utilização de uma técnica para purificação da água é de suma importância. A aplicação de membranas para filtração e purificação das águas é uma das melhores técnicas da atualidade (Buruga et al., 2019). Esta técnica vem desde a década de 1970, quando surge procedimentos que aplicam membranas sintéticas como barreira seletiva (Habert, Borges, & Nobrega, 2006). Os processos de separação por membranas (PSM) estão sendo difundidos em diversos campos na indústria. Além disso, possui muitas aplicações na ciência devido às suas vantagens, dentre essas: dimensões relativamente pequenas, operação fácil, menor consumo de energia, design compacto das membranas, baixa pressão operacional, eficiência na remoção da turbidez, patógenos e matéria orgânica. Processos como microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF) são utilizados para separação por membrana de baixa pressão. A ciência das membranas tem sido utilizada extensamente para o tratamento de água e esgoto, como é o caso deste trabalho em que serão utilizadas para o tratamento de efluentes têxteis. Para as membranas serem consideradas ideais, são necessárias: alta permeabilidade, resistência mecânica suficiente e excelente estabilidade química (Mulder, 1991; Nakatsuka, Nakate, & Miyano, 1996; Rodrigues, Mierzwa, & Vecitis, 2019; Turken, Sengur-Tasdemir, Ates-Genceli, Tarabara, & Koyuncu, 2019).

Embora as membranas poliméricas tenham uma grande utilidade, apresentam limitações, tais como: durabilidade, resistência a altas temperaturas, facilidade de limpeza, entre outras. Dessa forma, propor um polímero para a fabricação das membranas não é uma escolha aleatória. Usualmente, a escolha é feita com base nas propriedades específicas do polímero.

Dentre os polímeros conhecidos, podem-se destacar: polisulfona (PSU), politetrafluoretileno (PTFE), poliamidas, poli(acetato de celulose), poli(éter sulfona), poliacrilonitrila (PAN), polieterimida (PEI) e policarbonato (PC) (Xu, Goh, Wang, & Bae, 2019).

Neste trabalho o polímero escolhido foi a polisulfona, que possui caráter hidrofóbico, boa estabilidade mecânica, térmica e química. É um dos plásticos de engenharia mais conhecidos e utilizados para o desenvolvimento de membranas (Ahn, Chung, Pinnau, & Guiver, 2008; Yuan, Liu, Liu, & Wang, 2017). Em membranas, a utilização desse polímero é de grande interesse para aplicações de tratamento de efluentes, separação de gás, nanofiltração (NF), osmose reversa, aplicações médicas, industriais e ultrafiltração (UF) (Anadão, Sato, Wiebeck, & Valenzuela-Díaz, 2010; Botvay, Máthé, Pöppl, Rohonczy, & Kubatovics, 1999).

Além do polímero que é um material orgânico, materiais inorgânicos tambémsão utilizados para a produção de membranas. Em contraste com as membranas poliméricas, as membranas cerâmicas possuem boa estabilidade do processo, baixo tratamento preliminar e mínima necessidade de manutenção. Além disso, dispõe de estabilidade química, térmica, mecânica, capacidade de esterilização a vapor, lavagem reversa e alta resistência à abrasão. Também apresentam boas propriedades de separação, extensa vida útil e são bioinertes. Dessa forma, são materiais excelentes para numerosas aplicações naindústria ou no processamento de água e efluentes (LENNTECH, 2019). Com todas essas propriedades das membranas cerâmicas, alguns óxidos metálicos têm sido bastante utilizados, tais como: Óxido de titânio, zircônia, alumina, entre outros. O óxido de alumínio(Al2O3) tratado na ciência dos materiais como alumina, tem estimulado interesse em tecnologia de membranas por pesquisadores, com o intuito de trazer melhorias em membranas já existentes e na criação de novas membranas com características diferentes (Bertotto, Duarte, Santos, Zeni, & Bergmann, 2018).

Tendo em vista um material que tivesse boas propriedades, são incorporados aos polímeros aditivos. Os polímeros preenchidos com cargas são chamados de compósitos. Essas partículas adicionadas têm o intuito de melhorar propriedades, como: rigidez, hidrofilicidade, diminuir a incrustação, além de aumentar propriedades de barreira, aumentar sua resistência ao fogo e a ignição ou simplesmente reduzir custos. (Alexandre & Dubois, 2000). Assim, a inserção da alumina no polímero almeja aumentar a hidrofilicidade, aumentar a resistência e também melhorar propriedades de barreira.

Dessa forma, inúmeras pesquisas já estão sendo realizadas utilizando materiais poliméricos com materiais inorgânicos. Diferentes materiais têm sido utilizados, tais como: polímeros com argila (Buruga et al., 2019); polietersulfona e nanotubos de carbono (Vatanpour, Madaeni, Moradian, Zinadini, & Astinchap, 2011). A polisulfona tem sido utilizada com um variado número de materiais, incluindo alguns tipos de argilas (Rodrigues et al., 2019); a argila montmorilonita (Anadão et al., 2010); TiO2 (Bidsorkhi et al., 2016); nanodiamante silanizado (Tizchang, Jafarzadeh, Yegani, & Khakpour, 2019)e com a alumina (Homayoonfal, Mehrnia, Rahmani, & Mohades Mojtahedi, 2015). Neste último caso, ainda há muito a ser estudado e experimentado, para que se possa obter membranas de fibra oca com propriedades que garantam boas aplicações, em especial no tratamento de efluentes.

O objetivo deste estudo foisintetizar membranas de polisulfona na forma de fibra oca, com teores variados de alumina, a partir do método de inversão de fase, para uso no tratamento de efluentes. Foram avaliadas as característicasmorfológicas, hidrofilicidade, medidas de fluxo e a medida de turbidez das membranas preparadas.

Autores: Arthur Felipe Pereira da Silva; Edcleide Maria Araújo; Hélio de Lucena Lira; Rodholfo da Silva Barbosa Ferreira; Vanessa da Nóbrega Medeiros e Sandriely Sonaly Lima Oliveira.


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