Membranas de Zircônia

Cerâmicas baseadas em zircônia parcialmente estabilizada s aplicações eletrônicas e estruturais

eletrônicas e químico-biológicas

fusão (2680°C), resistência à corrosão, baixa condutividade té e à abrasão, alta tenacidade, resistência a

s poliméricas e inorgânicas que podem tolerar procedimentos de

cerâmicas são ideais para limpeza com agentes químicos a cáustica, cloro, peróxido de hidrogênio, ozônio e ácidos inorgânicos fortes podem ser usados aliados ou não a esterilização à vapor. Fluxo reverso também pode ser método de limpeza das membranas. Tal método consiste na inversão do fluxo do

lado do permeado (SONDHI; BHAVE; JUNG,

forma, o líquido do permeado é forçado a voltar através da membrana para o lado da mistura de alimentação, conforme mostra a figura 3. Esse procedimento auxilia a reduzir o

aumentar a eficiência da filtração.

. Representação esquemática da reversão de fluxo (Sondhi et al., 2003).

Cerâmicas baseadas em zircônia parcialmente estabilizada são empregadas em aplicações eletrônicas e estruturais que exigem propriedades termo-mecânicas, eletro

biológicas. As principais propriedades da zircônia são: (2680°C), resistência à corrosão, baixa condutividade térmica, alta resistência e à abrasão, alta tenacidade, resistência ao choque térmico, boa condutividade iônica

inorgânicas que podem tolerar procedimentos de

cerâmicas são ideais para limpeza com agentes químicos a altas cáustica, cloro, peróxido de hidrogênio, ozônio e ácidos inorgânicos fortes Fluxo reverso também pode ser inversão do fluxo do JUNG, 2003). Desta forma, o líquido do permeado é forçado a voltar através da membrana para o lado da mistura reduzir o fouling e

, 2003).

ão empregadas em mecânicas, eletro- da zircônia são: alto ponto de rmica, alta resistência mecânica o choque térmico, boa condutividade iônica. As

cerâmicas de zircônia são utilizadas como materiais refratários na construção de fornos, espelhos para laser, condutores iônicos, componentes eletrônicos e pigmentos, dentre outras aplicações.

A zircônia é considerada também um material adequado para a obtenção de membranas cerâmicas, considerando a forma e o tamanho das partículas de zircônia como parâmetros principais (PAIVA et al., 2006).

Diversos estudos com membranas de zircônia indicaram desempenho superior no fluxo transmembrana e na separação de emulsões. Processos de emulsificação e desemulsificação são fortemente influenciados pela morfologia dos poros da membrana e pelos fenômenos de superfície (ângulo de contato, energia livre de superfície, tensão superficial etc.), que representam as interações entre a membrana e as fases da mistura fluida.

O comportamento diferenciado de membranas alumina-zircônia é atribuído provavelmente às suas propriedades superficiais, como por exemplo, tensão superficial, carga de superfície e sorção de íons em solução aquosa (YANG et al., 1998).

Membranas MF de alumina e de zircônia foram comparadas no trabalho de Pei, Xu e Shi (2000). Os resultados mostraram que as membranas compostas de zircônia obtiveram maior fluxo e rejeição de óleo (maior eficácia) em relação às membranas de alumina. A razão para esse resultado pode estar na elevada energia livre de superfície da zircônia, que pode evitar que os poros da membrana sejam obstruídos por compostos orgânicos.

Pesquisadores empregaram membranas compostas, contendo em sua composição alumina, zircônia e sílica, no processo de ultrafiltração para separação do asfalteno no óleo cru. Constataram que membranas de zircônia mostraram maior fluxo do que membranas de alumina e sílica, pois estas apresentavam baixo nível de interação com asfalteno (TSURU et al., 2001).

Hyun e Kim (1997) avaliaram a eficiência na separação do óleo de emulsões para membranas compostas de alumina e de zircônia, ambas com parâmetros de operação iguais. Em ambos os casos houve uma queda significativa no fluxo do permeado, mas mais abrupta para a membrana composta de alumina (de 280 para 50 L/m2.h em 20 minutos de operação) devido a camada criada na superfície da membrana pelo acúmulo das gotículas de óleo, aumentando a resistência ao fluxo. O fouling foi pouco pronunciado para a membrana

composta de zircônia e as duas membranas apresentaram quase 100% de eficiência na rejeição de óleo.

Nabi, Aimar e Meireles (2000) estudaram o efeito da adsorção de uma emulsão de óleo de oliva pouca estabilizada (5% em óleo) e do óleo puro na superfície da camada de zircônia. Em parte da membrana comercial (Carbosep) tubular foi constatado que a gota de óleo desapareceu rapidamente por dentro dos poros por capilaridade, já a emulsão de óleo em água permaneceu na superfície. Quando tentaram lavar a superfície com água destilada, só foi possível eliminar parte da emulsão. Diante dessas observações puderam concluir que a superfície da membrana era altamente hidrofóbica.

No trabalho de Del Colle, Longo e Fontes (2007) o processo de desemulsificação foi estudado usando como meio filtrante tubos cerâmicos (à base de alta alumina) impregnados com solução portadora de zircônio que, após tratamento térmico, obtiveram em sua estrutura porosa aglomerados de nano partículas de zircônia. Os tubos foram testados através do processo de microfiltração tangencial para avaliar o desempenho na separação de emulsões óleo vegetal/água. Foi constatado por meio de várias análises que o método de impregnação foi satisfatório, pois, a presença de zircônia na estrutura porosa dos tubos influenciou de forma significativa (dentro das condições estudadas) tanto o fluxo de permeado como a rejeição de óleo, que obteve um índice de rejeição de óleo de quase 100%.

O mecanismo de separação de emulsões óleo/água através de membranas cerâmicas (MF) e a influência de parâmetros de operação foram investigados por Wang, Xu e Shi (2000), com o objetivo de estudar a possibilidade de aplicação de membranas zircônia MF para tratar emulsões como resíduo da laminação de uma indústria de aço. Como resultados, observaram que o pré-tratamento de emulsões residuárias pode promover alto fluxo e alta eficiência na rejeição de óleo.

Membranas compostas alumina-zircônia podem ser usadas também para outras aplicações, como mostra o trabalho de Hao et al. (2004). Neste trabalho membranas compostas alumina-zircônia, preparadas pelo método sol-gel, obtiveram bons resultados em relação à separação de gases (N2/Ar).