Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Wan Yinhua do Instituto de Engenharia de Processos (IPE) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu uma nova membrana de nanofiltração anti-incrustante para vários tipos de separação de líquidos industriais. A nova membrana aplica novos conhecimentos sobre o papel da distribuição do tamanho dos poros na filtração.
O estudo foi publicado em ACS Applied Materials &Interfaces em 26 de julho.

As membranas de nanofiltração receberam muita atenção no campo de purificação de água e fabricação de bioprodutos devido à sua capacidade de separar com precisão os solutos direcionados de outros componentes.

No entanto, a aplicação de membranas de nanofiltração na indústria sofre com a incrustação da membrana que causa um declínio significativo no desempenho de separação.

Por exemplo, para a membrana composta de filme fino de poliamida mais prevalente preparada por polimerização interfacial (IP), a transferência de massa heterogênea intrínseca do processo IP resulta em ampla distribuição de tamanho de poro e causa distribuição de fluxo de permeação desigual na membrana durante a filtração, enfraquecendo assim a capacidade anti-incrustante da membrana de nanofiltração.

Além disso, as membranas de nanofiltração comumente usadas têm sítios hidrofóbicos abundantes (isto é, anéis de benzeno) em suas cadeias de poliamida. Esses locais são propensos a adsorver incrustações hidrofóbicas.

Os pesquisadores tentaram melhorar o desempenho anti-incrustante de uma membrana de nanofiltração de poliamida, estreitando sua distribuição de tamanho de poro por meio de um processo de IP múltiplo de uma etapa.

Nesta estratégia, uma solução aquosa de piperazina anidra (PIP) e γ-(2,3-epoxipropoxi)propitrimetoxisilano (KH560) sofre IP com uma solução orgânica de cloreto de trimesoil e ortossilicato de tetraetila (TEOS) sobre o suporte poroso.

O aditivo reativo KH560 acelera a taxa de difusão do PIP, tornando-o enriquecido no limite da reação. Além disso, a hidrólise/condensação de KH560 e TEOS na interface aquoso/orgânico forma uma rede interpenetrante com a rede de poliamida, regulando assim a estrutura da camada de separação.

Os resultados da caracterização indicam que a membrana de poliamida-sílica possui uma camada de separação mais densa, espessa e uniforme. Os tamanhos médios dos poros da membrana de poliamida-sílica e de uma membrana de poliamida tradicional são 0,62 nm e 0,74 nm, respectivamente, e estes correspondem a desvios padrão geométricos (ou seja, distribuição do tamanho dos poros) de 1,39 e 1,97, respectivamente. Assim, a membrana de poliamida-sílica com uma distribuição de tamanho de poro mais estreita mostra um desempenho anti-incrustante mais forte. Neste caso, a razão de decaimento do fluxo diminui de 18,4% para 3,8%.

Além disso, esta membrana de poliamida-sílica exibe impressionante estabilidade anti-incrustante a longo prazo durante a descoloração do melaço de cana em alta temperatura (50 ℃).

"Este trabalho não só fornece uma nova estratégia de IP múltiplo de uma etapa para preparar membranas de nanofiltração anti-incrustantes, mas também enfatiza a importância da distribuição do tamanho dos poros no controle de incrustações para várias separações de líquidos industriais", disse o Prof. Luo Jianquan do IPE, autor correspondente de o estudo. "Essa membrana de nanofiltração promete melhorar a robustez das membranas de nanofiltração compostas de filme fino na separação de líquidos industriais". + Explorar mais

Nova estratégia de modificação direcionada melhora a seletividade das membranas de nanofiltração de poliamida