Análise das membranas pela Microscopia Eletrônica de Varredura

A análise das membranas pela Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) fez-se necessária para se verificar possíveis alterações na microestrutura das membranas que foram expostas ao hexano. Nos experimentos de filtração, a interação dos fatores tempo de permeação, temperatura, pressão e interação química pelo contato do solvente com o polímero de composição das membranas, poderia levar à determinada intensidade de degradação ou decomposição da “pele” filtrante (polímero) destas. Desta forma, a análise pela MEV contribui, juntamente com os testes de permeação por longo tempo e as análises de alterações dimensionais, para a pesquisa da resistência das referidas membranas à ação do hexano como solvente, nos processos de ultrafiltração.

3.2.3.1. Membrana de Policarbonato (PC)

As Figuras 17, 18 e 19 mostram as microestruturas das amostras da membrana de policarbonato, sem tratamento (“in natura”) ou controle (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente. As mesmas amostras

foram previamente utilizadas nos outros testes de resistência ao hexano anteriormente relatados.

Figura 17 – Fotomicrografia (controle) da membrana PC. Aumento: 15000x.

Figura 18 – Fotomicrografia (imersão) da membrana PC. Aumento: 15000x.

Para a membrana de policarbonato, foi possível obter-se a congelação, por imersão em nitrogênio líquido, dos três tipos de amostras usadas para as fotomicrografias de superfície (c, t, p).

Figura 19 – Fotomicrografia (permeação) da membrana PC. Aumento: 15000x.

As amostras congeladas puderam ser fraturadas manualmente, o que permitiu a observação de suas partes internas através da MEV. As Figuras 20, 21 e 22, mostram as microestruturas das amostras fraturadas da membrana de policarbonato, sem tratamento (“in natura”) ou controle (cf); imersa em hexano por 48 horas (tf); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (pf), respectivamente.

Figura 20 – Fotomicrografia (controle/fratura) da membrana PC. Aumento: 5000x.

Figura 21 – Fotomicrografia (imersão/fratura) da membrana PC. Aumento: 10000x.

Figura 22 – Fotomicrografia (permeação/fratura) da membrana PC. Aumento: 15000x.

Pela análise das fotomicrografias da membrana de policarbonato, tanto da superfície quanto das fraturas, percebe-se que não ocorreram modificações na microestrutura das amostras submetidas ao tratamento com hexano (imersão e permeação), sendo esta membrana resistente ao solvente.

3.2.3.2. Membrana de Polieterssulfona (PES)

As Figuras 23, 24 e 25 mostram as microestruturas das amostras da membrana de polieterssulfona, sem tratamento (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente.

Figura 23 - Fotomicrografia (controle) da membrana PES. Aumento: 15000x.

Figura 25 - Fotomicrografia (permeação) da membrana PES. Aumento: 15000x.

Pela análise das fotomicrografias de superfície da membrana de polieterssulfona, percebe-se que não ocorreram modificações na microestrutura das amostras submetidas ao tratamento com hexano (imersão e permeação). Portanto, pode-se considerar esta membrana resistente ao solvente.

3.2.3.3. Membranas de Éster de Celulose (CME)

As Figuras 26, 27 e 28 mostram as microestruturas das amostras da membrana de éster de celulose de 0,025 µm de diâmetro médio de poros, sem tratamento (“in natura”) ou controle (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente.

Figura 26 - Fotomicrografia (controle) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Figura 27 - Fotomicrografia (imersão) da membrana CME. Aumento: 15000x.

As Figuras 29, 30 e 31 mostram as microestruturas das amostras da membrana de éster de celulose de 0,05 µm de diâmetro médio de poros, sem tratamento (“in natura”) ou controle (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente.

Figura 28 - Fotomicrografia (permeação) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Figura 29 - Fotomicrografia (controle) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Para a membrana de éster de celulose, foi possível obter-se a congelação, por imersão em nitrogênio líquido, dos três tipos de amostras usadas para as fotomicrografias de superfície (c, t, p). As amostras congeladas puderam ser fraturadas manualmente, o que permitiu a observação de suas partes internas através da MEV. As Figuras 32, 33 e 34, mostram as microestruturas das amostras fraturadas da membrana de éster de celulose de 0,025 µm de diâmetro médio de poros, sem tratamento (“in natura”) ou controle (cf); imersa em hexano

por 48 horas (tf); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (pf), respectivamente.

Figura 30 - Fotomicrografia (imersão) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Figura 32 - Fotomicrografia (controle/fratura) da membrana CME. Aumento: 1000x.

Figura 33 - Fotomicrografia (imersão/fratura) da membrana CME. Aumento: 10000x.

As Figuras 35, 36 e 37, mostram as microestruturas das amostras fraturadas da membrana de éster de celulose de 0,05 µm de diâmetro médio de poros, sem tratamento (“in natura”) ou controle (cf); imersa em hexano por 48 horas (tf); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa

Figura 34 - Fotomicrografia (permeação/fratura) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Pela análise das fotomicrografias da membrana de éster de celulose de 0,025 µm de diâmetro médio de poros, tanto da superfície quanto das fraturas, percebe-se que não ocorreram modificações na microestrutura das amostras submetidas ao tratamento com hexano (imersão e permeação), sendo esta membrana resistente ao solvente.

Figura 35 - Fotomicrografia (controle/fratura) da membrana CME. Aumento: 1000x.

Figura 36 - Fotomicrografia (imersão/fratura) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Figura 37 - Fotomicrografia (permeação/fratura) da membrana CME. Aumento: 15000x.

Pela análise das fotomicrografias da membrana de éster de celulose de 0,05 µm de diâmetro médio de poros, tanto da superfície quanto das fraturas, percebe-se que não ocorreu modificações na microestrutura das amostras submetidas ao tratamento com hexano (imersão e permeação), sendo esta membrana resistente ao solvente.

3.2.3.4. Membranas de Polifluoreto de Vinilideno (PVDF)

As Figuras 38, 39 e 40 mostram as microestruturas das amostras da membrana de polifluoreto de vinilideno com 30 KDa de massa molar de corte, sem tratamento (“in natura”) ou controle (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente.

Figura 38 - Fotomicrografia (controle) da membrana PVDF. Aumento: 15000x.

As Figuras 41, 42 e 43 mostram as microestruturas das amostras da membrana de polifluoreto de vinilideno com 50 KDa de massa molar de corte, sem tratamento (“in natura”) ou controle (c); imersa em hexano por 48 horas (t); e submetida à filtração por 12 horas consecutivas em hexano, a baixa pressão (1,5 bar) (p), respectivamente.

Figura 39 - Fotomicrografia (imersão) da membrana PVDF. Aumento: 15000x.

Figura 40 - Fotomicrografia (permeação) da membrana PVDF. Aumento: 15000x.

Pela análise das fotomicrografias de superfície, tanto da membrana de polifluoreto de vinilideno com 30 KDa de massa molar de corte, quanto daquela com 50 KDa, nota-se que ocorreram modificações na microestrutura das amostras submetidas ao tratamento com hexano (imersão e permeação), representadas pela observação, em comparação com as amostras controle, de estruturas em alto relevo, indicando certo grau de descolamento da superfície das membranas.

Figura 41 - Fotomicrografia (controle) da membrana PVDF. Aumento: 10000x.

Figura 42 - Fotomicrografia (imersão) da membrana PVDF. Aumento: 10000x.

Em experimento utilizando membranas de ultrafiltração feitas em polifluoreto de vinilideno (PVDF), polieterssulfona (PES) e polissulfona (PS), em meio orgânico (hexano), Ochoa et al. (2001) encontraram que a estabilidade da membrana à filtração foi influenciada pelo tipo de polímero, sendo que os resultados mostraram que PVDF foi mais estável ao hexano que PES e PS. Da mesma forma, Iwama (1991) relatou ser o polifluoreto de vinilideno um polímero

estável (resistente) química e fisicamente ao hexano, em temperaturas consideradas elevadas (40 a 60o C). Portanto, provavelmente, a explicação para as alterações observadas nas membranas de PVDF submetidas aos testes de resistência ao hexano, no presente trabalho, pode ser atribuída aos efeitos de outros tipos de polímeros ou aditivos presentes nestas membranas e que influíram negativamente na estabilidade das mesmas à ação desse solvente.

Entretanto, deve-se considerar que ambas as membranas de PVDF utilizadas no presente experimento (30 e 50 KDa de massa molecular de corte) não apresentaram alterações dimensionais significativas após imersão em hexano por 48 horas.

4. CONCLUSÕES

Na caracterização do fluxo dos solventes água, etanol e hexano nas seis membranas de ultrafiltração analisadas, ambas as membranas de éster de celulose (CME) não foram resistentes ao etanol, sendo o maior fluxo registrado para o hexano. A membrana de policarbonato (PC), assim como a membrana de polieterssulfona (PES), apresentou maior fluxo para o etanol. Ambas as membranas de polifluoreto de vinilideno (PVDF) apresentaram maiores fluxos para a água.

Nos testes de resistência ao hexano, na análise do fluxo de permeado por longo tempo a baixa pressão, todas as membranas apresentaram fluxo constante ao longo das 12 horas do experimento, indicando, provavelmente, serem as mesmas resistentes a esse solvente.

Em relação à análise de alterações dimensionais, refletidas na modificação na área das membranas pela exposição ao hexano, todas as membranas não apresentaram encurtamento quando em contato com este solvente.

Na microscopia eletrônica de varredura, todas as membranas submetidas aos dois diferentes tratamentos com hexano (imersão por 48 horas ou permeação por 12 horas), não apresentaram modificações em suas microestruturas, quando comparadas às amostras controle.

Pelos resultados relatados na caracterização do desempenho de filtração dos solventes pelas membranas e nos resultados dos testes de resistência das mesmas ao hexano, pode-se concluir que as membranas utilizadas nos experimentos possivelmente são resistentes ao hexano.

Os fluxos maiores obtidos para a água, em ambas as membranas de polifluoreto de vinilideno (PVDF), apesar deste polímero ser hidrofóbico, podem ser explicados em função do ponto de corte e da reduzida área de permeação das amostras de membranas utilizadas nos experimentos e não apenas devido à natureza deste polímero.

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CAPÍTULO 3

EFICIÊNCIA DA FILTRAÇÃO FRONTAL E TANGENCIAL NO PROCESSO DE