Figura 1:Imagens SEM e diagrama mostrando a formação da camada de sílica ultrafina na membrana porosa. Crédito:Kobe University
Pesquisadores liderados pelo professor Matsuyama Hideto e pelo professor Yoshioka Tomohisa no Centro de Pesquisa para Membrana e Tecnologia de Filmes da Universidade de Kobe tiveram sucesso no desenvolvimento de uma membrana ultrafina com um tratamento de superfície de sílica resistente a incrustação para separação de óleo da água de alto desempenho. Além disso, esta membrana mostrou-se versátil; foi capaz de separar a água de uma ampla variedade de diferentes substâncias oleosas. Os resultados foram publicados online no Journal of Materials Chemistry A em 3 de outubro de 2019.
O desenvolvimento de tecnologia para separar o óleo da água é crucial para lidar com derramamentos de óleo e poluição da água gerada por várias indústrias. Em 2025, prevê-se que dois terços da população mundial não terão acesso suficiente à água potável. Portanto, tecnologias para filtrar emulsões oleosas e, assim, aumentar a quantidade de água limpa disponível são essenciais.
Em comparação com os métodos de purificação tradicionais, incluindo centrifugação e coagulação química, a separação por membrana tem sido proposta como de baixo custo, alternativa de eficiência energética. Embora essa tecnologia tenha sido amplamente desenvolvida, a maioria das membranas sofre de problemas de incrustação, em que gotículas de óleo são irreversivelmente absorvidas na superfície. Isso leva ao bloqueio dos poros da membrana, subsequentemente reduzindo sua vida útil e eficiência.
Um método para mitigar os problemas de incrustação é adicionar tratamentos de superfície à membrana. Contudo, muitos experimentos com este método encontraram problemas como mudanças na estrutura da superfície original e a deterioração da camada superficial tratada por ácido forte, soluções alcalinas e salinas. Essas questões limitam as aplicações práticas de tais membranas nas condições adversas durante o tratamento de águas residuais.
Figura 2:Várias emulsões oleosas antes (esquerda) e depois (direita) da permeação da membrana. Crédito:Kobe University
Neste estudo, os pesquisadores conseguiram desenvolver uma membrana que consiste em um suporte de policetona porosa (PK) com uma camada de sílica de 10 nanômetros de espessura aplicada na superfície superior (Figura 1). Esta camada de sílica foi formada nas fibrilas PK usando atração eletrostática - a sílica carregada negativamente foi atraída para a PK carregada positivamente.
A membrana PK tem alta permeabilidade à água devido aos seus grandes poros e alta porosidade. O processo de silicificação - a adição de sílica nas fibrilas PK - fornece um revestimento forte repelente de óleo para proteger a membrana modificada de superfície de problemas de incrustação.
Outra vantagem desta membrana é que não requer grande aplicação de pressão para atingir alta penetração de água. A membrana exibiu permeação de água por gravidade - mesmo quando um nível de água tão baixo quanto 10 cm (com uma pressão de aproximadamente 0,01atm) foi utilizado. Além disso, a membrana desenvolvida foi capaz de rejeitar 99,9% das gotas de óleo - incluindo aquelas com tamanho de 10 nanômetros. Usando esta membrana com uma área de 1 m 2 , 6.000 litros de água residual podem ser tratados em uma hora sob uma pressão aplicada de 1 atm. Também se mostrou eficaz na separação da água de várias emulsões oleosas diferentes (Figura 2).
Como mencionado, a silificação forneceu um forte revestimento repelente de óleo. Por meio dos experimentos realizados na membrana para testar sua durabilidade contra incrustações, descobriu-se que o óleo não era adsorvido na superfície e que as gotículas de óleo podiam ser facilmente removidas (Figura 3). Esta membrana mostrou grande tolerância contra uma variedade de ácidos, alcalino, solventes e soluções salinas.
Figura 3:Adesão dinâmica de superfície e testes de autolimpeza da membrana preparada. Crédito:Kobe University
A membrana ultrafina desenvolvida por este grupo de pesquisa demonstrou separação eficiente de água de emulsões oleosas, além de resistência anti-incrustante. A tecnologia para separar as emulsões é indispensável na luta contra a poluição da água e a escassez de água limpa. Espera-se que este desenvolvimento possa ser utilizado no tratamento de águas residuais da indústria.
