Influência de diferentes agentes osmóticos na remoção de etanol de soluções aquosas por osmose direta

Abstract

A remoção de etanol de soluções aquosas diluídas mostra-se necessária para diversos processos industriais, dentre os quais se destacam a desalcoolização de bebidas e a recuperação de etanol do caldo fermentado de biorreatores. A osmose direta, processo de separação por membranas que tem como características o baixo consumo energético e baixa tendência ao fouling, constitui uma boa alternativa aos processos tradicionais e com membranas utilizados atualmente para a remoção de etanol. Neste trabalho, glicose, sacarose, cloreto de sódio e cloreto de magnésio foram avaliados como agentes osmóticos para a remoção de etanol de soluções aquosas com teor de álcool de 5% v/v utilizando uma membrana comercial de osmose direta de triacetato de celulose. Verificou-se que maiores fluxos de permeado e de etanol foram obtidos quando os agentes osmóticos cloreto de sódio e cloreto de magnésio foram utilizados, não tendo sido verificadas diferenças significativas entre esses agentes osmóticos. Glicose e sacarose apresentaram a maior razão entre fluxo de etanol e fluxo de permeado, indicando que esses agentes osmóticos permitiram um permeado mais rico em etanol. Foram observados elevados fluxos inversos de soluto para os agentes osmóticos inorgânicos, enquanto que os fluxos inversos de glicose e sacarose não puderam ser mensurados. A caracterização da membrana em relação ao fluxo de água e ao fluxo inverso de sal, realizada antes e depois de cada experimento de remoção de etanol, indicou que não houve fouling ou modificações nas características de separação das membranas.

The removal of ethanol from dilute aqueous solutions is mandatory to several industrial processes, e.g. the dealcoholization of beverages and the ethanol recovery from fermentation broths in bio-reactors. Forward osmosis, a membrane separation process whose characteristics include low energy consumption and low fouling tendency, is a good alternative to traditional and membrane-based processes used for ethanol removal. In this work, glucose, sucrose, sodium chloride and magnesium chloride were evaluated as draw solutes for ethanol removal from 5% ethanol (v/v) aqueous solutions with a cellulose-triacetate forward osmosis commercial membrane. Higher permeate and ethanol fluxes were obtained when sodium chloride and magnesium chloride were used as draw solutes, and no significant differences were observed between those draw solutes. Glucose and sucrose showed the highest ratio between ethanol and permeate flux, indicating a higher ethanol concentration in permeate. High reverse solute fluxes were observed for inorganic draw solutes, whereas glucose and sucrose fluxes could not be measured. Membrane characterization regarding water flux and reverse salt flux, carried out before and after each experiment of ethanol removal, indicated that fouling and modification in membrane separation characteristics did not occur throughout the experiments.