Novos tipos de adsorventes de membrana removem partículas indesejadas da água e também, ao mesmo tempo, substâncias dissolvidas, como o bis-fenol A hormonalmente ativo ou o chumbo tóxico. Para fazer isso, pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB incorporaram partículas de adsorvente seletiva em membranas de filtração.
Foi só em janeiro de 2015 que a Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos (EFSA) baixou o valor limite para o bisfenol A nas embalagens. O produto químico em massa hormonalmente ativo é, entre outras coisas, um material básico para o policarbonato a partir do qual, por exemplo, CDs, São fabricados talheres de plástico ou copos de óculos. Devido à sua estrutura química, O bisfenol A não é completamente degradado nas fases biológicas das estações de tratamento e é descarregado em rios e lagos pela instalação de purificação.
Carbono ativado ou materiais adsorventes já são usados para remover produtos químicos, antibióticos ou metais pesados de resíduos ou água de processo. Contudo, uma desvantagem desses materiais altamente porosos é o longo tempo de contato que os poluentes requerem para se difundir nos poros. Para que o máximo possível de substâncias nocivas sejam capturadas, mesmo em um tempo mais curto, as estações de tratamento usam grandes quantidades de adsorventes em bacias de tratamento correspondentemente grandes. Contudo, carvão ativado só pode ser regenerado com uma alta entrada de energia, resultando em grande parte na necessidade de descarte de grandes quantidades de materiais contaminados com poluentes.
Também, filtração por membrana com nanofiltração ou membranas de osmose reversa, que pode remover as substâncias contaminantes, ainda não é custo-efetivo para a remoção de moléculas dissolvidas de fluxos de alto volume, como processos ou águas residuais. As membranas filtram a água através de seus poros quando uma pressão é criada em um lado da membrana, retendo assim moléculas maiores e partículas sólidas. Mas quanto menores são os poros da membrana, quanto maior a pressão - e, portanto, mais energia - que é necessária para separar as substâncias da água.
Adsorventes de membrana - filtragem e ligação em uma única etapa
Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB, em Stuttgart, optaram por uma nova abordagem que combina as vantagens de ambos os métodos. Ao fabricar as membranas, eles adicionam pequenas, partículas de adsorvedor polimérico. Os adsorventes de membrana resultantes podem - além de sua função de filtração - ligar adsorventemente substâncias dissolvidas em água. “Aproveitamos a estrutura porosa da membrana localizada embaixo da camada de separação. Os poros têm uma superfície altamente específica para que o maior número possível de partículas possa ser embutido, e também fornecem acessibilidade ideal, "diz o Dr. Thomas Schiestel, Chefe do grupo de trabalho "Interfaces e membranas inorgânicas" no Fraunhofer IGB.
"Ao contrário dos adsorventes convencionais, nossos adsorventes de membrana transportam os poluentes por convecção. Isso significa que, com a água fluindo rapidamente através dos poros da membrana, um tempo de contato de apenas alguns segundos é suficiente para adsorver poluentes na superfície da partícula, "diz o cientista. Até 40 por cento do peso dos adsorventes de membrana é contabilizado pelas partículas, portanto, sua capacidade de ligação é correspondentemente alta. Ao mesmo tempo, os adsorventes de membrana podem funcionar a baixas pressões. Como as membranas podem ser embaladas com muita firmeza, volumes muito grandes de água podem ser tratados, mesmo com dispositivos pequenos.
Partículas de adsorvedor funcional
Os pesquisadores fabricam as partículas de adsorvente em uma única etapa, processo de baixo custo. Neste processo patenteado, os componentes monoméricos são polimerizados com a ajuda de um agente de reticulação para gerar glóbulos de polímero de 50 a 500 nanômetros. "Dependendo de quais substâncias serão removidas da água, selecionamos o mais adequado de uma variedade de monômeros com diferentes grupos funcionais, "Schiestel explica. O espectro aqui varia de piridina, que tende a ser hidrofóbico, por meio de compostos catiônicos de amônio e inclui fosfonatos aniônicos.
Remoção seletiva de poluentes e metais
Os pesquisadores conseguiram mostrar em vários testes que os adsorventes de membrana removem os poluentes de forma muito seletiva por meio das partículas, que são personalizados para o contaminante específico em questão. Por exemplo, adsorventes de membrana com grupos piridina ligam o bisfenol A hidrofóbico especialmente bem, enquanto aqueles com grupos amino adsorvem o sal carregado negativamente do antibiótico penicilina G.
"As várias partículas de adsorvente podem até ser combinadas em uma membrana. Desta forma, podemos remover vários micropoluentes simultaneamente com apenas um adsorvente de membrana, "diz Schiestel, apontando uma vantagem adicional. Equipado com diferentes grupos funcionais, os adsorventes de membrana também podem remover metais pesados tóxicos, como chumbo ou arsênico, da água. Adsorventes de membrana de fosfonato, por exemplo, adsorve mais de 5 gramas de chumbo por metro quadrado de área de superfície da membrana - 40 por cento mais do que um adsorvente de membrana disponível comercialmente.
Econômico e regenerável
Para que os adsorventes de membrana possam ser usados várias vezes, os poluentes adsorvidos devem ser separados mais uma vez das partículas na membrana. "Os adsorventes de membrana para bisfenol A podem ser totalmente regenerados por uma mudança no valor de pH, "Schiestel explica. Os poluentes concentrados podem então ser eliminados de forma econômica ou decompostos usando processos oxidativos adequados.
A regenerabilidade dos adsorventes de membrana também possibilita uma outra aplicação:o reaproveitamento das moléculas separadas. Além disso, isso torna a tecnologia atraente para a recuperação de metais preciosos valiosos ou metais de terras raras.
