Preparação de membranas de polisulfona (PSU) pela técnica de inversão de fases utilizando a cinza volante do carvão como formador de poro

Abstract

As usinas termelétricas movidas a carvão mineral geram toneladas de resíduos provenientes da combustão, entre eles as cinzas volantes. Neste trabalho, foi investigada a utilização de cinzas volantes de carvão, com e sem tratamento com viniltrietoxisilano (VTES), como aditivo formador de poros em membranas poliméricas, substituindo a polivinilpirrolidona (PVP), aditivo de grande importância comercial. Através do método de inversão de fases, foram preparadas três membranas à base de polisulfona (PSU). As membranas foram caracterizadas por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi realizada a compactação e a posterior caracterização das membranas quanto à permeabilidade hidráulica e molecular, weigtht cut-off (massa molecular de corte), sendo as três classificadas como membranas de ultrafiltração (UF). A membrana com cinza volante de carvão com tratamento com VTES apresentou permeabilidade hidráulica de 154 L/m².h.bar; a membrana sem o tratamento apresentou 148 L/m².h.bar enquanto a membrana com PVP apresentou uma permeabilidade hidráulica de 340 L/m².h.bar. Esta diferença pode indicar que, possivelmente, a membrana com PVP tem tamanho de poro maior e/ou maior porosidade, o que, foi possível verificar no ensaio de teor de água em equilíbrio - equilibrium water content (EWC). A análise por FTIR identificou as bandas características da PSU, PVP e cinzas volantes de carvão, e as diferentes morfologias apresentadas pelas membranas foram caracterizadas por MEV. O estudo realizado indicou ser viável a utilização de cinzas volantes como aditivo formador de poros em membranas de PSU, sendo esta, uma estratégia importante para valorização deste subproduto, promovendo a economia circular.

The coal-fired thermoelectric power plants generate tons of waste from combustion, including fly ash. In this work, the use of coal fly ash was investigated, with and without vinyltriethoxysilane (VTES), as a pore-forming additive in polymeric membranes, replacing polyvinylpyrrolidone (PVP), an additive of great commercial importance. Using the phase inversion method, three membranes based on polysulfone (PSU) were prepared. The membranes were characterized by Fouriertransform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). Compaction and subsequent characterization in terms of hydraulic permeability and molecular weight cut-off were performed on the membranes, and the three were classified as ultrafiltration membranes. Membranes with coal fly ash and the treated ones with vinyltriethoxysilane showed hydraulic permeability of 154 L/m2.h.bar and 148 L/m².h.bar the sample without the treatment. The membrane with PVP presented a hydraulic permeability of 340 L/m².h.bar, this difference indicates that possibly it has larger pores or a higher porosity, where it was possible to verify in the test of de equilibrium water content (EWC). By FTIR analysis, it was possible to identify the characteristic bands of PSU, PVP and coal fly ash, and by SEM it was possible to verify the different morphologies presented by the membranes. The study indicated that it is possible to use fly ash as a pore-forming additive in PSU membranes, which is an important strategy for valuing this by-product, promoting the circular economy.