Processos de Nanofiltração

Membranas de ultrafiltração rejeitam moléculas com massa molar acima de 5000 g/mol, enquanto que membranas de osmose inversa rejeitam moléculas com massa molar menor que 300 g/mol, sendo necessária a introdução de um novo tipo de membrana para rejeitar moléculas na faixa intermediária entre UF e OI. Essas membranas têm a capacidade de rejeitar alguns sais e compostos orgânicos; este processo de separação por membranas foi chamado de nanofiltração, e a força motriz responsável pela separação é o gradiente de pressão (SFORÇA, 1999; SILVA, 2004).

As membranas utilizadas em nanofiltração permitem a passagem de espécies iônicas e moléculas de baixa massa molar. O princípio básico é o mesmo dos demais processos com gradiente de pressão como força motriz, onde a solução a tratar circula sob pressão em contato com uma membrana microporosa. Sob o efeito da pressão o solvente, em geral água, atravessa a membrana e dá origem ao fluxo permeado, carregando sais e moléculas de baixa massa molar, enquanto as moléculas de maior massa molar não permeiam a membrana (SILVA, 2004).

Os processos com nanofiltração apresentam características importantes como a capacidade de fracionamento de diferentes componentes orgânicos em solução aquosa como massa molar de corte na faixa de 300 a 1000 g/mol. E o

fracionamento de íons de baixa massa molar com tamanhos e valências diferentes (SFORÇA, 1999; SILVA, 2004).

Tabela 2. Processos de Separação por Membranas Comerciais (HABERT

et al., 2006).

Processo Força Motriz Material Retido Material que Permeia Aplicações MF ΔP (0,5 – 2 atm) Material em suspensão,

bactérias. Massa molar > 500k Da (0,01μm). Água e sólidos dissolvidos. Esterilização bacteriana. Clarificação de vinhos e cervejas. Concentração de células. Oxigenação de sangue. UF ΔP (1 – 7 atm) Colóides, macromoléculas. Massa molar > 5.000 Da.

Água (solvente), sais solúveis de baixa massa molar.

Fracionamento e concentração de proteínas.

Recuperação de pigmentos. Recuperação de óleos. NF ΔP (5 – 25 atm) Moléculas de massa

molar média 500 < MM < 2.000 Da.

Água, sais e moléculas de baixa massa molar.

Purificação de enzimas. Bioreatores a membrana. OI ΔP (15 – 80 atm) Todo material solúvel em

suspensão.

Água (solvente). Dessalinização de águas. Concentração de suco de frutas.

Desmineralização de águas. D ΔC Moléculas de massa

molar > 5.000 Da.

Íons e orgânicos de baixa massa molar.

Hemodiálise; rim artificial. Recuperação de NaOH.

ED ΔE Macromoléculas e

compostos não iônicos.

Íons. Concentração de soluções salinas.

Purificação de águas.

PG ΔP  ΔC Gás menos permeável. Gás mais permeável. Recuperação de hidrogênio. Separação de CO2 e CH4.

Fracionamento do ar. PV Pressão de vapor Líquido menos

permeável.

Líquido mais permeável. Desidratação de álcoois. Eliminação de VOC da água. Obs.: Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF), Nanofiltração (NF), Osmose Inversa (OI), Diálise (D), Eletrodiálise (ED), Pervaporação (PV) e Permeação de Gases (PG).

Para várias aplicações os processos de nanofiltração permitem um controle efetivo do meio ambiente, através da purificação de diferentes rejeitos. Membranas de NF podem ser encontradas na reciclagem de tintas eletroforéticas, no tratamento de água de esgotos, rejeitos aquosos e emulsões água/óleo usadas na limpeza de metais com óleos lubrificantes; na recuperação de efluentes contaminados com solventes; na purificação de água para indústrias farmacêuticas; na recuperação de complexos Cu-EDTA em processos farmacêuticos; na separação de nitrato em nascentes de água (<50 mg/L); na dessalinização de água do mar; na pré-concentração de proteínas existentes no leite; na dessalinização de soro de queijo; na recuperação de água na produção de óleos de oliva; na clarificação de sucos e vinhos e concentração de gelatinas; na separação de complexos ligantes de proteínas não complexadas; no tratamento de efluentes têxteis de tinturarias com recuperação de corantes; no tratamento de efluentes da indústria de papel e celulose (MÄNTTÄRI et al., 2004; MÄNTTÄRI e NYSTRÖM, 2003; NUORTILA-JOKINEN et al., 2004; OLIVEIRA et al., 2006; SFORÇA, 1999; SILVA, 2004).

OLIVEIRA et al. (2006) utilizaram o processo de nanofiltração para o tratamento de efluentes têxteis de tinturaria. Neste trabalho foram desenvolvidas membranas de poliamida e polissulfona, nas quais foram investigadas as propriedades de transporte e retenção das membranas a partir do tipo de polímero e sua concentração na solução de preparo das mesmas. Os resultados obtidos demonstraram a eficiência do processo de nanofiltração para o tratamento de efluentes têxteis, como por exemplo, a redução de cor do efluente, que foi de 100%.

SILVA (2004) preparou e caracterizou membranas poliméricas microporosas assimétricas através da técnica de inversão de fases, a partir de soluções poliméricas contendo diferentes concentrações de poli (fluoreto de vinilideno), PVDF. Estas membranas foram empregadas no estudo do tratamento de efluente têxteis modelo, através da porcentagem de redução de cor de soluções de corante reativo, em processo de nanofiltração em célula de fluxo perpendicular, apresentando redução de cor de 83 a 99%.

RIBEIRO (2005) em estudo para a recuperação de solvente em miscelas óleo de soja/hexano utilizou membranas poliméricas planas comerciais de nanofiltração de massa molar de corte igual a 300 Da, 500 Da e 1000 Da, compostas de polissulfona e poliamida e membrana de osmose inversa com retenção nominal de 99%de NaCl, composta por poliamida. O óleo de soja é obtido industrialmente a partir da extração com hexano, gerando uma miscela óleo/hexano que é submetida à destilação para recuperação do solvente. A tecnologia de membranas tem sido empregada para substituir ou complementar as operações tradicionais de remoção do solvente, apresentando baixo consumo de energia. Adicionalmente, o emprego desta tecnologia poderia resultar em concomitante desacidificação do óleo, como uma alternativa ao refino químico clássico. Neste trabalho foram avaliados os efeitos das condições de filtração, pressão e temperatura, com relação ao fluxo de permeado, retenção de óleo e separação de ácidos graxos livres. A maior retenção de óleo, 67,12%, ocorreu para condições de baixa pressão, 15 bar, e alta temperatura, 45°C. O estudo verificou também que o aumento de pressão favoreceu o fluxo de permeado e acarretou diminuição na retenção de óleo e ácidos graxos livres, maiores temperaturas apresentaram efeito positivo sobre o fluxo permeado, retenção de óleo e permeação de ácidos graxos livres.

Membranas usadas para NF são usualmente feitas de polímeros como éster celulósico, polissulfona, poli (álcool vinílico), poliamida, poli (fluoreto de vinilideno) e poli (éter imida) (SFORÇA, 1999).

3.2.2 Processos de Nanofiltração para o Tratamento de Efluentes de