A utilização de membranas poliméricas em processo de separação e/ou adsorção tem sido bastante relatada na literatura (CHOI et al., 2007; DAI et al., 2013; XU et al., 2003; YIN et al., 2012; YUSÀ et at., 2005). A eficiência energética e a simplicidade de preparação das membranas as tornam extremamente atraente para aplicações de separação. Membranas apresentam a capacidade de passar seletivamente um componente de uma mistura, enquanto rejeita os outros e possui uma série de vantagens em relação aos processos convencionais, uma vez que é mais compacta e eficiente, com baixo gasto de
(b) (a)
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energia e, além disso, apresenta tecnologia verde e econômica (BERTELLE et al., 2006; BRUNETTI et al., 2010; SCHOLES et al., 2008).
Diante destas vantagens apresentadas para as membranas poliméricas, os polímeros se tornaram os materiais mais importantes para produção de embalagens e, principalmente, de membranas para separação, isto porque estes polímeros apresentam diversas características atraentes nesse contexto, a saber, alta leveza, facilidade de processamento, alta resistência mecânica, baixo custo e reciclabilidade (OLIVEIRA, 2014). Assim, a tecnologia de membranas poliméricas tem sido utilizada nas mais diferentes aplicações, como separação de gases (ARJMANDI e PAKIZEH, 2014; BASU et al., 2011; BERTELLE et al., 2006; KIM et al., 2006), sorção de CO2 (MOHSHIM et al., 2017; NEYERTZ e BROWN, 2016), remoção de metais (BAO et al., 2015; BERNARDO et al., 2017; GAO et al., 2017) e compostos orgânicos (CHUNG et al., 2003; TORRESI et al., 2017; XU et al., 2015), catálise (KERAANI et al., 2017; QING et al., 2017), célula a combustível (ALBERTI et al., 2001; BAI et al., 2017; OMASTA et al., 2017; WANG e COSTA, 2017), em processos de destilação (LUO e LIOR, 2017; MACEDONIO et al., 2017; ZHONG et al., 2017), liberação de drogas (LUK e ZHANG, 2015; SEVELSTED et al., 2016; SUN et al., 2016), dentre outras aplicações.
Assim, a morfologia da membrana, bem como a natureza do polímero utilizado para preparar essa membrana são algumas das características que irão definir a aplicabilidade dessa membrana de acordo com a sua necessidade. Sendo assim, basicamente, qualquer polímero pode ser utilizado como barreiras ou como material em membranas, porém, suas propriedades físicas e químicas podem ser determinantes em uma aplicação tecnológica (OLIVEIRA, 2014). De modo geral, as membranas podem ser classificadas em duas grandes categorias: porosas e densas. Porém, suas características de superfície que entrarão em contato com uma determinada solução é que vão
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determinar a sua aplicabilidade. Para as membranas porosas, a distribuição de tamanho de poros, a porosidade superficial e a espessura são as características de maior importância, porém, para as densas as propriedades físico-químicas dos polímeros, as substâncias a serem separadas, bem como, a espessura do filme são as características que podem ser determinantes (OLIVEIRA, 2014). A FIGURA 1.12 apresenta os principais tipos de membranas porosas e densas.
FIGURA 1.12 – Principais tipos de membranas poliméricas, adaptado de BAKER (2004).
1.4.1 – Poli(sulfonas)
Polímeros amorfos no estado vítreo, como por exemplo, as poli(sulfonas), são amplamente utilizados como materiais de barreira e membranas de separação (OURIQUES, 2004), e sua vasta utilização se deve às
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suas características físico-químicas, os quais são polímeros termoplásticos de alta temperatura de transição vítrea, alta estabilidade térmica e mecânica, resistentes à corrosão, quimicamente inertes a ataques ácidos ou básicos, bem como, a soluções salinas e alcalinas, detergentes e óleos, altos valores de resistência à tração e alta quantidade de alongamento ao intervalo de suas cadeias (ANDRADE, 2013; CHEN et al., 2016; DIZMAN et al., 2011; JALALI et al., 2016; STRUZYŃSKA-PIRON et al., 2014). Assim, as poli(sulfonas) são polímeros que têm os grupos −SO2− ordenados de forma repetitivas, e o termo poli(sulfona) é utilizado genericamente para descrever qualquer polímero que contém unidades repetitivas de um ou mais grupos, por exemplo, o grupo diarilsulfona, de fórmula geral −(Ar−SO2−Ar)−, em que Ar pode ser um fenil, bifenil, bisfenol, ou qualquer outro arila (SOLVAY ADVANCED POLYMERS, 2011).
Assim, um grupo difenilsulfona simples apresenta uma continuação apresentada na FIGURA 1.13:
S
O
O
FIGURA 1.13 – Unidade repetitiva do grupo difenilsulfona.
Logo, da família das poli(sulfonas), os polímeros mais conhecidos e comercializados são a poli(sulfona) (PSf) e a poli(éter sulfona) (PES), FIGURAS 1.14 e 1.15, respectivamente.
23 n S O O H H O H H CH2 2HC O H
FIGURA 1.14 – Estrutura química da poli(sulfona) (PSf).
S O O H H O H H O O H n FIGURA 1.15 – Estrutura química da poli(éter sulfona) (PES).
Dessa forma, a influência do grupo difenilsulfona nas propriedades das membranas preparadas à base dos polímeros de poli(sulfonas) é devida à natureza eletrônica deste grupo, a qual contribui na resistência oxidativa e na estabilidade térmica da cadeia polimérica. Por fim, as propriedades de processamento das poli(sulfona) são melhoradas a partir da incorporação do grupo éter (−O−) (OURIQUES, 2004), justificando assim, as diversas utilizações das membranas à base de poli(sulfonas) encontradas na literatura (ANDRADE et al., 2015; HINK et al., 2015; HUA et al., 2008; HWANG et al., 2016; ISMAIL et al., 2008; JYOTHI et al., 2016; KHAN et al., 2010; LI et al., 2006; NECHIFOR et al., 2009; SAMAL et al., 2016; ULBRICHT et al., 1996; VINODH et al., 2011).
1.4.2 – Poli(éter éter cetona) (PEEK)
O PEEK é um polímero pertencente à família das policetonas, o mesmo apresenta alta estabilidade térmica, resistência oxidativa, química e
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mecânica, fácil funcionalização e fácil processamento, bem como tem uma estrutura semicristalina com uma temperatura de transição vítrea de aproximadamente 146 ºC (SGRECCIA et al., 2011; XUE e YIN, 2006; ZAIDI, 2003; ZHANG et al., 2006); a estrutura química do PEEK está representada na FIGURA 1.16.
O
C
O
O
n
FIGURA 1.16 – Estrutura química da poli(éter éter cetona) (PEEK).
A presença de anéis aromáticos na estrutura do PEEK é uma característica muito relevante para a sua modificação química, sendo que o PEEK pode ser funcionalizado a partir de uma sulfonação, pois o grau de sulfonação (GS) pode ser controlado pela temperatura e tempo de reação (SGRECCIA et al., 2011; ZAIDI, 2003). Diante das características citadas para o PEEK, as membranas à base deste polímero têm sido aplicadas amplamente na literatura, principalmente em: permeação de metanol (XUE e YIN, 2006), troca iônica (ROBERTSON et al., 2003; XU et al., 2016), célula à combustível (ISMAIL et al., 2009; SGRECCIA et al., 2011), nanofiltração (HENDRIX et al., 2014), transporte de água e gás (CLARIZIA et al., 2008; YAN et al., 2013), ortopedia (BROCKETT et al., 2016), implante dentário (SCHWITALLA et al., 2017), dentre outras aplicações.