Membranas em estudo na UFCG são usadas para separação de resíduos poluentes

Pesquisadores da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) produziram membranas em diferentes formas a partir de materiais poliméricos (que são partículas utilizadas na fabricação da maioria dos plásticos) para possível aplicação em tratamento de efluentes – resíduos poluidores tanto da indústria petrolífera, quanto da indústria têxtil e para a separação de gases. O projeto é executado em parceria com pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com apoio por meio de edital da Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado da Paraíba (Fapesq-PB) com a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), com recursos de R$ 200 mil. Um dos executores do projeto, Luiz Antonio Pessan, da UFSCar, estará em Campina Grande nesta quarta-feira (22), para uma mesa de discussão com a equipe, sobre os resultados do projeto. Atualmente, a pesquisa envolve mais de 10 pesquisadores.

Estas membranas sintéticas são utilizadas em processos de separação e purificação de substâncias líquidas e gasosas, funcionando como uma barreira seletiva. E a demanda desse uso aumenta ano a ano. Pesquisas estudam a aplicação de membranas em energias alternativas, sensores, biologia, catálise e medicina. Há a necessidade de se desenvolver novas membranas, com materiais que apresentem uma alta produtividade e seletividade.

Os fenômenos envolvendo membranas têm sido estudados há mais de um século, mas suas aplicações em processos industriais são relativamente recentes. A partir do início da década de 1970, a inclusão de processos de separação utilizando membranas poliméricas aos clássicos, como a centrifugação e a filtração, marca o início da evolução destes materiais em termos de propriedades, o que tornou o processo mais competitivo no mercado.

“Os processos de separação por membranas têm sido cada vez mais estudados e empregados em áreas diversas e com variadas finalidades. Vêm se destacando como uma alternativa para tratamento de efluentes em todo o mundo, como também em outras aplicações industriais”, observou a coordenadora da pesquisa na UFCG, Edcleide Maria Araújo.

A crescente utilização das membranas em diversos processos industriais vem trazendo avanços no que diz respeito ao desenvolvimento e o estudo sobre a ciência de membranas. São utilizadas na execução de processos de separação e purificação em meios líquidos e gasosos. Ao mesmo tempo, têm-se pesquisas no campo de aplicação de membranas em energias alternativas, sensores, biologia, catálise e medicina. Assim, a demanda na sua utilização vem aumentando a cada ano. Com esse avanço, tem-se a necessidade de se desenvolver novas membranas, com materiais que apresentem uma alta produtividade e seletividade.

Os processos de separação por membranas (PSM) têm uma enorme potencialidade, em particular, para contribuir para a solução de algumas questões mundiais mais cruciais, tais como problemas energéticos e no tratamento de efluentes industriais. As membranas são tecnologias limpas e a separação é feita fisicamente, com gasto reduzido de produtos químicos. Os processos são compactos e apresentam facilidade na ampliação da capacidade de produção.

No setor de saneamento, as aplicações mais comuns estão o tratamento de água para fins industriais, o tratamento de efluentes e o pré-tratamento de sistemas de dessalinização de água do mar. Outros setores também utilizam as membranas, tais como farmácia, indústria de alimentos e bebidas, biotecnologia, purificação de ar, hemodiálise e indústria automobilística.

Material pode separar todas as misturas gasosas

Os principais avanços nessa área estão relacionados à evolução dos materiais usados no preparo da membrana, ao projeto dos módulos de permeação, à qualidade do pré-tratamento, à redução do consumo e/ou à recuperação de energia. As membranas são utilizadas também para a separação de quase todas as misturas gasosas imagináveis como, por exemplo, dos gases que compõem o ar, separações de hidrogênio em refinarias e petroquímicas e separação de misturas para o gás natural.

Em relação aos gases, as membranas possuem elevada capacidade de separação, alta capacidade de permeação (ou seja: a capacidade de penetração através de um sólido), estabilidade térmica, resistência química e resistência mecânica. A permeação de gases em materiais não-porosos, como os polímeros, tem sido extensivamente estudada devido à sua importância tecnológica em aplicações industriais, tanto na área de revestimentos quanto na de separação de gases por membranas. É um processo de alta eficiência, operação simples e baixo custo.

Membranas específicas para diferentes aplicações

As membranas poliméricas geralmente são obtidas pelo método de inversão de fases, podendo ser na forma plana ou fibra oca. A geometria e o tipo da membrana influenciam diretamente suas propriedades, bem como, a produção dos seus módulos. Com o controle desses fatores, as membranas tendem a obter melhores propriedades em relação à hidrofilicidade (interação que resulta da aderência da água a estruturas polares), porosidade, distribuição e tamanho de poros. Assim, é possível obter membranas específicas para determinadas aplicações.

Diversas técnicas foram desenvolvidas a fim de obter membranas com boas propriedades: o estiramento, a sinterização, a gravação e a inversão de fases. A seleção do material para obtenção de membranas é uma das etapas mais importantes. Em uma membrana polimérica densa, o volume livre é um dos fatores fundamentais na determinação das propriedades de transporte de gases na membrana.

Nesses espaços livres, lacunas transitórias são formadas podendo acomodar moléculas de gás no processo de difusão, de uma face a outra da membrana. Uma maneira de escolher um material a ser utilizado como membrana é se baseando nas propriedades químicas e cristalinidade dos polímeros. As interações químicas entre o polímero e o gás é um dos fatores que determinam a eficiência da membrana.

Para obter membranas poliméricas com boas propriedades se utilizam uma variedade de polímeros, tais como: acetato de celulose, poliésteres, entre outros. As membranas poliméricas produzidas a partir de alguns polímeros com morfologias bem definidas formam novas estruturas de barreira que permitem uma maior seletividade em comparação a matriz não modificada. Porém, mesmo com essas excelentes propriedades, em muitas aplicações ainda se faz necessário a melhoria da hidrofilicidade e das propriedades de barreira das membranas poliméricas.

De acordo com Edcleide, os resultados da pesquisa têm se apresentado bastante promissores. “A partir da aprovação do projeto foram adquiridos equipamentos que favoreceram um maior desenvolvimento para as pesquisas do grupo. Além disso, o projeto favoreceu a troca de experiência, permitindo assim que alunos da UFCG visitassem e utilizassem a infraestrutura laboratorial da UFSCar, enriquecendo os seus conhecimentos”, conta. Os benefícios que as membranas oferecem são soluções eficazes e economicamente viáveis para uma variedade de desafios.