Funcionalização da superfície da membrana pelo método de automontagem camada a camada para remoção de corantes

Abstract

RESUMO: Frequentemente, o uso de corantes em processos industriais tem despertado preocupações em todo o mundo, principalmente devido à quantidade de águas residuais despejadas de forma inadequada nos recursos hídricos, causando danos ao meio ambiente e à saúde humana. Sabendo disso, torna-se necessário a aplicação de tecnologias avançadas para remoção destes compostos, uma vez que os tratamentos convencionais empregados em efluentes e água potável não são capazes de eliminá-los totalmente. O processo de separação utilizando membranas é um método alternativo eficiente para gerenciar esse tipo de poluição. Neste trabalho, membranas comerciais de microfiltração de poliétersulfona foram modificadas superficialmente com soluções de ácido sulfúrico, dióxido de titânio (TiO2) e óxido de grafeno (OG) pelo método de automontagem camada a camada via interação eletrostática por meio de um sistema de filtração pressurizado. A carga negativa do ácido sulfúrico permitiu a adesão do TiO2, carregado positivamente no pH de trabalho que, subsequente, aderiu-se à camada negativa do OG. Para comprovar a modificação na superfície da membrana, diversas análises foram aplicadas, como as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Energia Dispersiva de Raios-X (EDS), para caracterizar a morfologia da membrana, além da Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e análise de Ângulo de Contato, para caracterizar sua estrutura química e física, respectivamente. A caracterização indicou que a modificação proposta foi efetuada com êxito. O efeito das massas de TiO2 e OG depositadas na superfície da membrana foi estudado. A membrana MFDT1-OG2,5 apresentou o melhor desempenho entre as séries sintetizadas, obtendo uma remoção do corante vermelho bordeaux (VB) de 93,35%, permeabilidade de água pura de 2,33 L.m?2.h?1.bar?1 e uma taxa de recuperação de fluxo maior que 80%. A remoção dos corantes amarelo crepúsculo (AC) e laranja safranina (LS) também foi investigado com esta membrana, atingindo uma taxa de rejeição de 69,98 e 100%, respectivamente. Para os corantes com altas taxas de remoção (VB e LS) foram realizados outros ciclos de filtração e bons resultados foram encontrados. Além disso, os parâmetros relacionados à incrustação também foram determinados, através da filtração de uma solução de proteína albumina de soro bovino (BSA), alcançando resultados expressivos, como 65,13% de incrustação irreversível para a membrana modificada contra 95,21% para membrana pura. A modificação proposta resultou em um tratamento eficiente de corantes com diferentes características, além de melhorar a seletividade e as propriedades antiincrustantes das membranas. Seu potencial de reutilização representa uma vantagem ambiental adicional desse processo

ABSTRACT: Frequently, the use of dyes in industrial processes has raised concerns worldwide, mainly due to the amount of wastewater improperly discharged into water resources, causing damage to the environment and human health. Knowing this, it is necessary to apply advanced technologies for the removal of these compounds, since the conventional treatments employed in effluents and drinking water are not able to completely eliminate them. Membrane separation process is an efficient alternative method for managing this type of pollution. In this work, commercial polyethersulfone microfiltration membranes were superficially modified with solutions of sulfuric acid, titanium dioxide (TiO2) and graphene oxide (OG) by the layer-by-layer self-assembling method by means of a pressurized filtration system. The negative charge of sulfuric acid allowed the adhesion of the positively charged TiO2 at the working pH which subsequently adhered to the negative OG layer. To prove the modification on the membrane surface, several analyzes were applied, such as Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Dispersive Energy (EDS) techniques, to characterize the membrane morphology, besides Transformed Infrared Spectroscopy. Fourier (FTIR) and Contact Angle analysis to characterize their chemical and physical structure, respectively. The characterization indicated that the proposed modification was successful. The effect of TiO2 and OG masses deposited on the membrane surface was studied. The MFDT1-OG2,5 membrane showed the best performance among the synthesized series, achieving 93.35% red bordeaux (VB) dye removal, pure water permeability of 2.33 L.m?2.h?1.bar?1 and a flow recovery rate greater than 80%. The removal of twilight yellow (AC) and safranin orange (LS) dyes was also investigated with this membrane, reaching a rejection rate of 69.98 and 100%, respectively. For dyes with high removal rates (VB and LS) other filtration cycles were performed and good results were found. In addition, fouling-related parameters were also determined by filtration of a bovine serum albumin (BSA) protein solution, achieving expressive results such as 65.13% irreversible fouling for the modified membrane versus 95.21% for pure membrane. The proposed modification resulted in an efficient treatment of dyes with different characteristics, as well as improving the selectivity and antifouling properties of the membranes. Its reuse potential represents an additional environmental advantage of this process