Síntese de membranas

A natureza do material que constitui a membrana bem como a sua morfologia define o tipo de aplicação e a eficiência da membrana nos processos de separação. Portanto, projetar uma membrana com características desejadas para uma determinada aplicação, é o grande ideal dos pesquisadores que trabalham em síntese de membranas.

Membranas sintéticas comerciais podem ser produzidas a partir de duas classes de material: os materiais orgânicos, sendo a grande maioria polímeros, e os inorgânicos, como metais, óxidos e cerâmicos. As membranas de natureza orgânica apresentam menor custo de produção do que as inorgânicas. Por outro lado, estas apresentam várias vantagens como, maior vida útil e maior resistência a processos de limpeza mais agressivos (QUEIROZ, 2004).

Existem muitas técnicas de manufatuta de membranas micro porosas (simétricas ou não), tais como: inversão de fase, precipitação térmica, por evaporação de solvente e por

imersão, estiramento e sinterização. Esta técnica consiste na fusão incipiente de materiais na forma de pó, com granulometria controlada, em um molde sob pressão. A porosidade final da membrana e o tamanho médio de poros dependem, entre outros fatores, do material, da granulometria do pó, da pressão aplicada no molde e da temperatura de sinterização. Esta técnica pode ser aplicada para vários tipos de materiais como, polímeros, metais e cerâmicos (HABERT et al., 2006).

Para a síntese de membranas densas simétricas, as técnicas mais utilizadas são: evaporação de solvente, extrusão, laminação ou sopro, que são técnicas utilizadas industrialmente para fabricação de filmes poliméricos. Em laboratório, quando não há o polímero na forma de filme, a técnica mais utilizada é a de evaporação de solvente, que consiste na dissolução do polímero em solvente adequado, espalhamento da solução em superfície plana e posterior evaporação do solvente. Para a síntese de membranas densas assimétricas, utilizam-se técnicas como: polimerização in situ e polimerização por plasma, que são de uso mais restrito; espalhamento e deposição de um filme denso sobre um suporte micro poroso. Existem dois métodos de deposição de filme sobre o suporte: dip-coating e

casting. Este consiste no espalhamento de uma solução diluída do polímero (ou suspensão de partículas de um óxido) de interesse sobre a superfície de uma membrana micro porosa, seguida da evaporação controlada do solvente (HABERT et al., 2006). A técnica sol-gel também tem sido bastante usada para produção de membranas cerâmicas (CHANG e LI, 1994; HAO et al., 2004; YANG et al., 1998).

De Lange et al. (1995) usaram essa técnica para preparar membranas de γ-alumina em suporte de α-alumina por realizar a deposição de um filme fino sobre o suporte (pelo método dip-coting). Eles modificaram as membranas preparadas por sobrepor uma camada adicional de sílica sobre o suporte usando sílica sol. Também prepararam membranas suportadas utilizando soluções binárias de titânia, zircônia e alumina em combinação com sílica. Estas membranas foram empregadas na separação de uma mistura gasosa de H2 e CH4.

A técnica sol-gel também tem sido usada para produzir membranas cerâmicas de nanofiltração. No trabalho de Tsuru et al. (2001) foram preparadas membranas compostas sílica-zircônia, através do processo sol-gel, para aplicação na nanofiltração de soluções não aquosas de etanol e metanol.

Membranas cerâmicas de microfiltração têm sido preparadas pela técnica de sinterização, o processo consiste em preparar primeiro uma suspensão de finas partículas (de um material cerâmico) que serão depositadas em um suporte poroso pelo método slip-casting ou dip-coating, em seguida o suporte revestido é aquecido para sinterizar as partículas. Yang et al. (1998) sintetizaram membranas assimétricas de zircônia sobre suporte tubular de α- alumina através dessa técnica. Para tanto, foi preparada uma suspensão de zircônia em água deionizada, utilizando polímero (PEG ou PVA) como ligante, disperso em solução ácida de HNO3 ou HCl.

Das e Dutta (1999) sintetizaram membranas de alumina e titânia suportadas em substrato de α-alumina pelo método dip-coating. Estas membranas foram sinterizadas a temperaturas de 450-550°C para a formação das membranas de titânia, e de 600-800°C para a formação das membranas de alumina.

Membranas compostas de alumina e zircônia para separação óleo-água foram produzidas pela técnica chamada reverse dip-drawing (HYUN; KIM, 1997). Para preparar estas membranas, tubos de α-alumina foram usados como suporte. Para a síntese das membranas suportadas, foram preparadas suspensões de zircônia e de alumina utilizando 2- propanol, como dispersante e, etil celulose, como ligante. A técnica reverse dip-drawing é baseada em uma idéia similar à da técnica de dip-drawing, para formar uma fina camada uniforme sobre a superfície externa do suporte, sendo que a camada superficial foi revestida na parte interna do suporte.

Outros métodos têm sido descritos na literatura. Por exemplo, membranas compostas (NaA/α- Al2O3) de microfiltração foram preparadas pelo método da síntese

hidrotermal para o tratamento de águas contaminadas com óleo (Cui et al., 2008). O método da sinterização no estado sólido foi usado por Zhang et al. (2009) para preparar membranas compostas (TiO2-Al2O3) de microfiltração para a separação óleo-água.

No trabalho de Silva e Lira (2006) membranas cerâmicas tubulares de cordierita foram produzidas a partir de matérias-primas naturais, pela técnica de extrusão, para aplicação em processos de microfiltração. Esta técnica também foi aplicada na produção de suportes tubulares de alumina, sobre estes suportes porosos foram depositados, pelo método dip-

Estas membranas foram aplicadas em processos de separação óleo/água, especificamente na indústria petrolífera (PAIVA et al., 2006).

ZHOU et al. (2008) prepararam uma membrana de titânia suportada em uma liga Ti- Al porosa pela combinação das técnicas de deposição eletroforética e dip-coating.

Tubos cerâmicos porosos para microfiltração de emulsões foram produzidos pelo método da colagem de suspensões e uso de aditivos inorgânicos (para geração de poros), tendo como diferencial a associação da membrana e do substrato em uma única camada (ROSA; SALVINI; PANDOLFELLI, 2006).

A prensagem isostática também tem sido usada como método de manufatura para produção de peças cerâmicas como, por exemplo, componentes automotivos, isolantes térmicos e elétricos, revestimentos cerâmicos e membranas (KHARTON et al., 2006; MOSTER e MITCHELL, 2008). Entretanto, a prensagem isostática não tem sido considerada em pesquisas recentes como método de manufatura de membranas cerâmicas de micro e ultra filtração.

O método utilizado nesse trabalho pode ser considerado inovador uma vez que as membranas produzidas até então, como demonstra a literatura, utilizam outros materiais (como polímeros ou materiais inorgânicos) para geração de poros e outros métodos de fabricação. O método de conformação utilizado proporcionou neste trabalho, a produção de membranas densas tendo como diferencial a obtenção de suporte e membrana (filme fino) simultaneamente.