Fabricação, caracterização e estudo do desempenho de dispositivos filtrantes a base de óxido de grafeno

Abstract

O óxido de grafeno (GO) tem sido objeto de inúmeros estudos nos últimos anos, devido ao transporte anômalo de água através de suas membranas constituídas por estruturas em camadas laminadas com dimensões de micrômetros. A descoberta desse fenômeno abriu a possibilidade do uso do GO em uma diversidade de aplicações relacionadas a processos em nanofluidos e nanofiltração, assim como sua potencial inserção em métodos de separação em indústrias, por meio da utilização deste em diversos elementos filtrantes ou filtrações por membranas. No modelo mais aceito atualmente, algumas poucas camadas de água preenchem capilares bidimensionais (2D) em uma estrutura interconectada formada por e folhas de GO (HONG, 2017). Por razões econômicas, é desejável trabalhar com altas taxas de fluxo e membranas tão finas quanto possível. Visando principalmente atingir essas condições, neste trabalho foram fabricados elementos filtrantes a base de GO modificado. Logo, diversas amostras foram caracterizadas por FTIR, XPS, CHNS, ZP, EDS, XRD, MEV, AFM, Raman, MO e UV-Visível. Foi obtido um dispositivo nanoestruturado capaz de filtrar mais de 29 horas com estabilidade e eficácia em diferentes soluções aquosas de corantes orgânicos e suspensões de contaminantes argilosos até o limite de detecção da espectroscopia UV-Visível. Além disso, apresenta retenção entre 90% e 100% de alguns cátions trivalentes e bivalentes de soluções salinas.

Graphene oxide (GO) has been intensively studies in the last years due to the anomalous water transport through its micrometric laminated membranes. This phenomenon opened the possibility of using in a variety of applications related to nanofluids and nanofiltration processes, as well as their potential insertion in separation methods in industries, through the use in industrial separation devices. The most accepted model nowadays shows that a few water layers fill the bi-dimensional (2D)capillaries in na interconnected structure of GOO flakes (HONG, 2017). For economic reasons, it is desirable to work with high flow rates and membranes as thin as possible. This work aims to reach these conditions by filtration devices, which were fabricated based on GO treated. Several samples were characterized by FTIR, XPS, CHNS, ZP, EDS, XRD, MEV, AFM, Raman, MO and UV-Visible. A nanostructured device was capable to filtrate continuously for 29 hours, in which it kept its stability and efficacy, within the limits os UV-Visible spectroscopy, by different aqueous solutions of organic pigments and suspensions of clay pollutants. Besides, this devise rejects from 90% to 100% some trivalente and bivalent cations of saline solutions.