Aplicação de materiais lamelares inorgânicos no desenvolvimento de membranas nanoestruturadas
Tipo
Tese
Data de publicação
2024-08-26
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Aquino, Caroline Brambilla de
Orientador
Maroneze, Camila Marchetti
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Silva, Cecilia de Carvalho Castro e
Bonturim, Everton
Melo Junior, Mauricio Alves de
Guimarães, Kleber Lanigra
Bonturim, Everton
Melo Junior, Mauricio Alves de
Guimarães, Kleber Lanigra
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
A crescente demanda por processos eficientes na separação óleo-água em indústrias,
como a petrolífera e a de tratamento de efluentes, evidencia a necessidade de
desenvolver membranas com desempenho superior. Os principais obstáculos a serem
superados são a incrustação (fouling), que reduz a eficiência e a durabilidade das
membranas, e a dificuldade de equilibrar seletividade e permeabilidade. Este trabalho
aborda o desenvolvimento de membranas nanoestruturadas utilizando materiais
lamelares inorgânicos para a separação de misturas óleo-água. O principal objetivo
na aplicação desses materiais foi encontrar a melhor condição para tratamento de
água produzida, superando os desafios de incrustação. A água produzida, é composta
por uma mistura de água que está presente no reservatório junto com o petróleo ou
gás) e, em alguns casos, para ajudar a aumentar a pressão do reservatório e facilitar
a produção. As membranas poliméricas comerciais apresentam 95% de efetividade
na retenção de contaminantes; porém, não são uma solução para os efeitos de
entupimento em sistemas de filtração, ocasionado pelas espécies orgânicas. A
modificação dessas membranas com argilas minerais bidimensionais é uma estratégia
para modular as propriedades das membranas, orientar as camadas, controlar a
espessura, reter íons e moléculas menores, funcionalizar e promover maior
seletividade. As argilas: Vermiculita (VMT), Montmorilonita (MMT) e Talco foram
selecionadas para modificar a superfície de membranas comerciais. Como elas
apresentam diferentes propriedades, tais como carga e caráter hidrofílico, foi possível
identificar quais características são essenciais para melhorar a eficiência desses
sistemas. Para isso diferentes métodos de esfoliação foram utilizados: esfoliação
direta, esfoliação assistida por intercalação e esfoliação assistida por troca iônica. As
análises para determinação do potencial zeta permitiram acompanhar as mudanças
na carga das estruturas em função do íon intercalante, e as técnicas de microscopia
eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (AFM) revelaram o sucesso da
esfoliação. As suspensões das argilas esfoliadas foram utilizadas para a modificação
da superfície da membrana de poliamida (PA) por meio do processo de filtração a
vácuo. As membranas foram caracterizadas por difratometria de raios-X e por
medidas do ângulo de contato em função do método de gota séssil. Os resultados
obtidos permitiram identificar as propriedades de molhabilidade e hidrofilicidade das
Aplicação de Materiais Lamelares Inorgânicos no Desenvolvimento de Membranas Nanoestruturadas 12
membranas produzidas. Cada uma das argilas modificou as propriedades de
superfície da membrana PA de uma forma diferente, alterando sua característica
hidrofílica para superhidrofílica ou hidrofóbica, dependendo do mineral. A atuação das
membranas modificadas em um processo de separação óleo-água foi avaliada por
meio de sistemas de filtração tangencial e axial, ambos em baixa pressão. As
membranas tratadas foram eficientes na separação de uma emulsão tolueno-água,
resultando em valores de rejeição da espécie oleosa superiores a 99%, com destaque
para a membrana de VMT, que também apresentou uma excelente propriedade anti incrustante após 42 horas de fluxo no sistema de filtração. A permeabilidade da
membrana nanoestruturada se mostrou estável ao longo desse período, mantendo
sua capacidade de rejeição próxima a 100%, enquanto a membrana comercial
mostrou efeitos de entupimento em oito horas de processo e redução na rejeição de
contaminantes. Nesse contexto, o estudo mostrou que as argilas minerais possuem
potencial significativo para modulação de propriedades de superfícies das
membranas, tornando-as atraentes para resolver desafios em processos de
separação óleo-água.
Descrição
Palavras-chave
argilas minerais , membranas nanoestruturadas , separação e tratamento de água