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Tipo do documento: Dissertação
Título: Membranas poliméricas modificadas com nanomateriais de grafeno para descontaminação/dessalinização de água
Autor: GOMES, Dassaele Felix 
Primeiro orientador: GHISLANDI, Marcos Gomes
Primeiro membro da banca: ARAÚJO, Vinícius Dantas de
Segundo membro da banca: FRAGA, Thiago José Marques
Resumo: A escassez de água, assim como a poluição dos rios, é um problema comum para boa parte da população mundial, e a nível nacional, mais especificamente para os habitantes da região do Agreste e Sertão pernambucanos. Portanto, é necessária a busca por soluções para o tratamento e reutilização de efluentes e tecnologias de dessalinização para água salobra ou salgada. Neste trabalho foram propostas modificações em dois tipos de membranas comerciais de microfiltração distintas: ésteres de celulose mistos (MCE) e poliamida (PA) com o óxido de grafeno (OG) nas membranas, a partir da filtração de uma solução aquosa de OG, com concentrações de 1 mg/l, 2,5 mg/l e 5 mg/l. Visto a necessidade de ser criada uma estabilidade mecânica na superfície modificada, realizou-se um processo conhecido como reticulação polimérica, utilizando álcool polivinílico (PVA) e ácido cítrico (AC) como agentes reticulantes, seguido de tratamento térmico para cura e ancoragem do polímero no sistema OG/membranas. Para análise morfológica e estrutural do óxido de grafeno, das membranas e dos compósitos fabricados, foram utilizadas as técnicas de caracterização: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raio-X (DRX), termogravimetria (TG), espectroscopia de infravermelho por transformada de fourier (FTIR), espectroscopia no ultravioleta-visível (UV-Vis), além do teste de estabilidade para avaliação das superfícies modificadas. Pôde-se observar características como a morfologia e porosidade das membranas puras e modificadas, além de se estimar a espessura (entre 0,1 e 0,3 μm) das camadas de OG depositadas por MEV. Também se verificou, através de FTIR, a presença de grupos funcionais oxigenados tanto nas membranas quanto no óxido de grafeno . A aplicação das membranas, na descontaminação do corante azul de metileno (AM) e na dessalinização de soluções aquosas, deu-se pelo processo de filtração direta, com testes de rejeição e fluxo permeado. Para os corantes, foram obtidas rejeições máximas de >90% de AM e fluxo de 2 L/m².h com as membranas modificadas de MCE, e rejeição média próxima de 50%, e fluxo permeado de 5 L/m².h com as membranas de PA. Os testes iniciais de dessalinização, utilizando solução de Na2SO4, mostraram uma provável reação imediata entre o OG e os sais contido na água, e consequente remoção de parte da cobertura da membrana. A posterior reticulação inibiu esta remoção inicial, mas os resultados de ambos os testes não indicaram um percentual aceitável (>98%) de rejeição salina comparado a trabalhos de outros autores. A eficiência de reticulação entre PVA, AC e OG, através de ligações covalentes, foi averiguada com um teste comparativo de exposição ao ultrassom, nas membranas apenas modificadas com OG e nas reticuladas. Os resultados obtidos mostraram que as membranas reticuladas possuem maior estabilidade e aderência.
Abstract: The scarcity of water, as well as the pollution of rivers, is a common problem for a large part of the world population, and more specifically for the inhabitants of the Agreste and Sertão regions of Pernambuco, in Brazil. Therefore, it is necessary to search for solutions for the treatment and reuse of effluents and desalination technologies for brackish or salt water.In this work, modifications were proposed in two types of commercial microfiltration membranes: mixed cellulose esters (MCE) and polyamide (PA) with graphene oxide (OG) in the membranes, from the filtration of an aqueous solution of OG, with concentrations of 1 mg/l, 2.5 mg/l and 5 mg/l. Because of the need to create mechanical stability on the modified surface, a process known as polymeric crosslinking was carried out, using polyvinyl alcohol (PVA) and citric acid (AC) as crosslinking agents, followed by heat treatment to cure and anchor the polymer in the OG/membrane system. For morphological and structural analysis of graphene oxide, membranes and manufactured composites, the following characterization techniques were used: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (DRX), thermogravimetry (TG), infrared spectroscopy by fourier transform (FTIR), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), in addition to the stability test to evaluate the modified surfaces. It was possible to observe characteristics such as the morphology and porosity of pure and modified membranes, in addition to estimating the thickness of the deposited GC layers (ranging from 0.1 to 0.3 μm) by SEM. FTIR analisys also verified the presence of oxygenated functional groups on both,the membranes and graphene oxide. The application of the membranes, in the decontamination of the dye methylene blue (AM) and in the desalination of aqueous solutions, took place through the direct filtration process, with rejection and permeate flow tests. For dyes, maximum rejections of >90% AM and flux of 2 L/m².h were obtained with the modified MCE membranes, and average rejection close to 50%, and permeate flux of 5 L/m².h with the PA membranes. Initial desalination tests, using a Na2SO4 solution, showed a probable immediate reaction between the OG and the salts contained in the water, and consequent removal of part of the membrane cover. Subsequent crosslinking inhibited this initial removal, but the results of both tests did not indicate an acceptable percentage (>98%) of saline rejection as compared to other works. The crosslinking efficiency between PVA, AC and OG, through covalent bonds, was investigated with a comparative test of exposure to ultrasound, in membranes only modified with OG and in crosslinked ones. The results obtained showed that crosslinked membranes have greater stability and adherence.
Palavras-chave: Membrana polimérica
Óxido de grafeno
Poliamida
Ésteres mistos de celulose
Dessalinização
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal Rural de Pernambuco
Sigla da instituição: UFRPE
Departamento: Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física
Citação: GOMES, Dassaele Felix. Membranas poliméricas modificadas com nanomateriais de grafeno para descontaminação/dessalinização de água. 2021. 93 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Cabo de Santo Agostinho.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8542
Data de defesa: 20-Mai-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Física

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