Membranas poliméricas híbridas policarbonato/grafeno: correlação estrutura e propriedades de transporte
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Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Campus São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Campus São Carlos
DOI
Abstract
Description
Polymeric membranes are an interesting alternative for the nanofiltration/desalination processes of
marine and brackish water bodies, aiming to increase the availability of drinking water.
However, these processes are actively influenced by the reduction of the filtration
performance due to fouling. The fouling formation is a result of specific interactions
arising from concentration polarization. Therefore, the knowledge about the mechanisms
of interactions between the structure/surface of the membrane and the permeated flux is
a fundamental point for the understanding the fouling process and the possible
alternatives in the sense of mitigating it. This research aimed at the modification of the
polymer membrane structure/surface through nanostructuring with the incorporation of
graphene and chemically modified graphene. From the structural and physical-chemical
point of view, the unique nature of graphene can favor and synergistically alter the
surface polarization of the membrane and the internal nanostructure. Thus, the
correlation between the obtained nanostructure and the transport properties inherent to
the nanofiltration/desalination process as a function of the presence of the graphene
was investigated, focusing on membranes with high antifouling performance and high
permeate flow. For this, characterizations were carried out using spectroscopic,
morphological, thermal and salt and water transport analyses. It was observed that the
presence of the different particles even at low concentrations is able to alter the
characteristics of these membranes mainly at local level with consequent changes in the
transport properties. The thermal stability increased with GO and GOA presence. FEG
showed the exfoliated, agglomerated and enovelled particles. The different graphene
surface groups altered both matrix compatibilty and affnity between the given permeant
as well as the matrix tortuosity. Thus, membranes containing graphene were more
resistant to salt permeation and fouling formation.
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Membranas poliméricas são uma interessante alternativa para os processos de nanofiltração/dessalinização de corpos de água marítima e salobra visando o aumento da disponibilidade de água potável. Entretanto, estes processos são fortemente influenciados pela perda do desempenho de filtração em decorrência da formação de incrustações (fouling). Estas incrustações se formam como resultado de interações específicas decorrentes da polarização por concentração. Logo, o conhecimento sobre os mecanismos destas interações entre a estrutura/superfície da membrana e o fluxo permeado é fator fundamental para o entendimento do processo de formação de fouling e das possíveis alternativas no sentido de mitigá-lo. Este projeto de pesquisa visou à modificação da estrutura/superfície de membrana polimérica através da nanoestruturação com a adição de grafeno e grafeno modificado quimicamente. A natureza única do grafeno, tanto do ponto de vista estrutural como físico-químico, pode alterar favorável e sinergicamente a polarização superficial da membrana e a nanoestrutura interna influenciando as propriedades de transporte inerentes ao processo de nanofiltração/dessalinização com vistas a membranas com elevado desempenho anti-incrustação e elevado fluxo permeado. Para isso, realizaram-se ensaios espectroscópicos, morfológicos, térmicos e de transporte de sal e água. Observou-se que a presença das diferentes partículas mesmo em baixas concentrações é capaz de alterar as características destas membranas principalmente ao nível local. A estabilidade térmica aumentou na presença de GO e GO silanizado. FEG evidenciou a presença das partículas esfoliadas, aglomeradas e enoveladas. Os diferentes grupos da superfície do grafeno alteraram tanto a compatibilidade com a matriz quanto à afinidade frente a determinado permeante, assim como a tortuosidade da matriz. Assim, membranas contendo grafeno mostraram-se mais resistentes à permeação de sais e a formação de fouling.
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Membranas poliméricas são uma interessante alternativa para os processos de nanofiltração/dessalinização de corpos de água marítima e salobra visando o aumento da disponibilidade de água potável. Entretanto, estes processos são fortemente influenciados pela perda do desempenho de filtração em decorrência da formação de incrustações (fouling). Estas incrustações se formam como resultado de interações específicas decorrentes da polarização por concentração. Logo, o conhecimento sobre os mecanismos destas interações entre a estrutura/superfície da membrana e o fluxo permeado é fator fundamental para o entendimento do processo de formação de fouling e das possíveis alternativas no sentido de mitigá-lo. Este projeto de pesquisa visou à modificação da estrutura/superfície de membrana polimérica através da nanoestruturação com a adição de grafeno e grafeno modificado quimicamente. A natureza única do grafeno, tanto do ponto de vista estrutural como físico-químico, pode alterar favorável e sinergicamente a polarização superficial da membrana e a nanoestrutura interna influenciando as propriedades de transporte inerentes ao processo de nanofiltração/dessalinização com vistas a membranas com elevado desempenho anti-incrustação e elevado fluxo permeado. Para isso, realizaram-se ensaios espectroscópicos, morfológicos, térmicos e de transporte de sal e água. Observou-se que a presença das diferentes partículas mesmo em baixas concentrações é capaz de alterar as características destas membranas principalmente ao nível local. A estabilidade térmica aumentou na presença de GO e GO silanizado. FEG evidenciou a presença das partículas esfoliadas, aglomeradas e enoveladas. Os diferentes grupos da superfície do grafeno alteraram tanto a compatibilidade com a matriz quanto à afinidade frente a determinado permeante, assim como a tortuosidade da matriz. Assim, membranas contendo grafeno mostraram-se mais resistentes à permeação de sais e a formação de fouling.
Keywords
Membranas poliméricas , Caracterização de sistemas poliméricos , Propriedades de transporte , Nanofiltração , Dessalinização , Polymeric membranes , Characterization of polymeric systems , Transport properties , Nanofiltration , Desalination , ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
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