Avaliação das interações de um derivado de tanino em processos com membranas poliméricas de microfiltração e de ultrafiltração

Abstract

O uso de sulfato de alumínio como coagulante no tratamento convencional de água é uma prática comum. No entanto, diversos estudos recentes vêm mostrando que o alumínio residual, presente na água tratada, pode estar diretamente ligado ao mal de Alzheimer. Uma alternativa para substituir o alumínio no tratamento de águas é a utilização de coagulantes naturais, biodegradáveis e atóxicos, como por exemplo, quitosana, Moringa oleifera e os produtos derivados de taninos. Simultaneamente, existe a busca por tecnologias mais eficientes para auxiliar o tratamento de água, entre estas tecnologias destacam-se os processos de separação com membranas, mais especificamente a microfiltração (MF) e a ultrafiltração (UF). Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a interação de um derivado de tanino com membranas de MF e UF de diferentes materiais - polietersulfona (PES), fluoreto de polivinilideno (PVDF) e acetato de celulose (CA) - e de diferentes massas molares de corte ou tamanho de poro nominal (0,2 μm, 20 kDa, 100 kDa), utilizando técnicas de caracterização de membranas e testes de permeação. A pressão de operação para a filtração de 4 horas com a solução de Acquapol C1 – 550 ppm, foi de 0,5 bar para as membranas de MF (AC-0,2, PVDF-0,2) e 2 bar para as membranas de UF (AC-20, PES-100, PES-20, PVDF-100), ambas as pressões abaixo da pressão crítica. As membranas foram caracterizadas quanto à morfologia utilizando microscopia eletrônica de varredura, à estrutura química por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier com amostragem por refletância total atenuada, ao caráter hidrofílico através de medidas de ângulo de contato, à permeância hidráulica e ao desempenho na filtração da solução. As membranas de MF apresentaram estrutura mais porosa e maior permeância hidráulica, enquanto as membranas de UF apresentaram estrutura menos porosa e menor permeância hidráulica. Quanto ao caráter hidrofílico, foi possível verificar que a membrana AC-20 é a mais hidrofílica com um ângulo médio de 62º ±2,2, seguido das membranas AC-0,2, PES-100, PES-20, PVDF-100 e PVDF-0,2 com ângulos médios de 73,4º ±4,6, 77º ±0,8, 78,3º ±0,9, 80,1º ±2,8 e 95,2º ±1,5. No teste de filtração, após 4 horas, o fluxo permeado final médio decresceu na seguinte ordem: PVDF-0,2 - AC-20 > PES-100 > PES-20 - PVDF-100 - AC-0,2. O percentual de fouling decresceu na seguinte ordem: PVDF-0,2 > (AC-0,2 > PES-20 - AC-20 - PES-100) > PVDF-100, sendo a membrana PVDF-100 a que apresentou menor percentual de fouling. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que os fenômenos de incrustação nas membranas de MF e UF são influenciados tanto pelo tipo de material e massa molar de corte ou tamanho de poro nominal, quanto pelas características das membranas.

The use of aluminum sulfate as a coagulant in the conventional water treatment is a common practice. However, several recent studies have shown that the residual aluminum present in the treated water can be directly linked to Alzheimer's disease. An alternative to replace aluminum in the water treatment is the use of coagulants natural, biodegradable and non-toxic, for example, chitosan, Moringa oleifera and tannin derivatives. Simultaneously, there is a search for more efficient technologies to support water treatment, among these technologies stand out membrane separation processes, more specifically microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF). In this context, this study aims to evaluate the interaction of a tannin derivative with MF membranes and UF of different materials - polyethersulfone (PES), poly(vinylidene fluoride) (PVDF), cellulose acetate (CA) - and different molar mass cut-off or nominal pore size (0.2 μm, 20 kDa, 100 kDa) using techniques and characterization of membrane permeation test. The operating pressure for 4 hours filtration with Acquapol C1 solution - 550 ppm, was 0.5 bar for the MF membranes (AC-0.2, PVDF-0,2) and 2 bar for the membranes UF (AC-20, PES-100, PES-20, PVDF-100), both pressures below the critical pressure. The membranes were characterized for morphology using scanning electronic microscope, the chemical structure by analyzed by attenuated total reflectance Fourier transform infrared, the hydrophilic character through contact angle measurements, hydraulic Permeation and performance in filtration of the solution. MF membranes had more porous structure and permeance higher hydraulic while UF membranes showed less porous structure and lower hydraulic permeance. Regarding the hydrophilic character, it was verified that the AC-20 is the most hydrophilic membrane with an average angle of 62 ° ± 2.2, followed by AC-0.2 membranes, ESP-100, ESP-20, PVDF-100 and PVDF-0.2 with average angle of 73.4º ±4.6, 77º ±0.8, 78.3º ±0.9, 80.1º ±2.8 e 95.2º ±1.5. The filtration test after 4 hours, the final average permeate flux decreased in this order: (PVDF-0.2 - AC-20) > PES-100 > (PES-20 - PVDF-100 - AC-0,2). The percentage of fouling decreased in the following order: PVDF-0.2 > (AC-0.2 > PES-20 - AC-20 - PES-100) > PVDF-100, with the PVDF-100 membrane presented the lowest percentage of fouling. The results of this study showed that the phenomena of fouling in the MF and UF membranes are influenced both by the type of material and molar cutting mass or nominal pore size, as the characteristics of the membranes.