Tipos de membranas

Conforme a sua natureza, as membranas podem ser classificadas como biológicas ou sintéticas, diferindo completamente estes dois tipos na sua estrutura e funcionalidade (Mulder, 1996).

As membranas sintéticas, as quais são utilizadas neste trabalho, podem ser fabricadas a partir de vários materiais, apresentando-se na Tabela 1.2.2. alguns dos materiais mais frequentemente utilizados no fabrico de membranas.

Tabela 1.2.2.: Materiais mais correntemente usados no fabrico de membranas, aplicações,

vantagens e desvantagens (adaptado de Pinho et al , 2001; Mulder, 1996; Van der Horst, 1995).

Tipo de materiais

Materiais Aplicação Vantagens/desvantagens

Polímeros de natureza hidrofóbica Policarbonato (PC) Fluoreto de Polivinilideno (PVDF) Politetrafluoretileno (PTFE); Polipropileno isostático (PP) Polissulfonas (PSf) e poliétersulfonas (PES) Microfiltração Microfiltração; destilação com membranas; ultrafiltração; nanofiltração; osmose inversa. Microfiltração; destilação com membranas. Ultrafiltração; microfiltração. Boas propriedades mecânicas/ tendência para a adsorção de solutos.

Boa estabilidade térmica e química/ tendência para a adsorção de solutos.

Muito cristalino e com uma excelente

estabilidade térmica e química/ tendência para a adsorção de solutos. Boa estabilidade química e térmica/ tendência para a adsorção de solutos

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Tabela 1.2.2. Materiais mais correntemente usados no fabrico de membranas, aplicações,

vantagens e desvantagens (adaptado de Pinho et al , 2001; Mulder, 1996; Van der Horst, 1995).

Tipo de materiais

Materiais Aplicação Vantagens/desvantagens

Polímeros de natureza hidrofílica Ésteres de celulose Poliamidas alifáticas Poliamidas aromáticas Poliétercetonas Polimidas e poli (éter imidas) Poliacrilonitrilo Microfiltração;ultrafiltração; osmose inversa; nanofiltração; separação gasosa; diálise. Microfiltração; ultrafiltração; osmose inversa; nanofiltração. . Osmose inversa Ultrafiltração; microfiltração; osmose inversa; nanofiltração. Ultrafiltração; nanofiltração; osmose inversa.

Baixa tendência para a adsorção de solutos/muito sensíveis à degradação térmica, química e biológica. Boa estabilidade química/são susceptíveis ao ataque de cloro livre, o

qual causa degradação do grupo amida. Excelentes propriedades mecânicas, térmicas, químicas, estabilidade hidrolítica e propriedades permoselectivas/ são susceptíveis ao ataque de

cloro livre, o qual causa degradação do grupo

amida.

Boa resistência química e térmica/a sua elevada resistência química torna

difícil o seu processamento.

Excelente estabilidade térmica combinada com uma boa estabilidade química.

Boa estabilidade térmica e química

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Tabela 1.2.2.(cont.) Materiais mais correntemente usados no fabrico de membranas, aplicações,

vantagens e desvantagens (adaptado de Pinho et al , 2001; Mulder, 1996; Van der Horst, 1995).

Tipo de materiais

Materiais Aplicação Vantagens/desvantagens

Produtos inorgânicos Cerâmicos Vidros Membranas metálicas (com carbono) Zeólitos Microfiltração; ultrafiltração; separação gasosa a temperaturas elevadas. Separação gasosa e pervaporação. Possuem estabilidade química e térmica superior à dos materiais poliméricos; podem ser

utilizados em toda a gama de pH e também com soluções orgânicas; maior facilidade de limpeza, devido à superior estabilidade térmica e

química; mais caras que as membranas

poliméricas.

Como se pode observar na tabela 1.2.2., a selecção do tipo de material membranar mais adequado para uma dada separação é um factor importante a considerar, não só por questões de fabrico, como também pela sua tendência para a colmatação, estabilidade química e térmica. Os materiais de natureza hidrofóbica possuem em geral uma excelente estabilidade térmica e química, sendo no entanto susceptíveis à adsorção de moléculas de soluto, o que causa uma diminuição dos fluxos de permeação. Por outro lado, os materiais hidrofílicos, embora apresentem uma baixa tendência para a adsorção de solutos, são menos estáveis que os materiais hidrofóbicos, quer em termos térmicos ou químicos (Mulder, 1996; Horst, 1995).

Os materiais cerâmicos apresentam uma estabilidade térmica e química superior à dos poliméricos, estando a sua utilização muito divulgada sobretudo no caso de processos, como a microfiltração e a ultrafiltração na indústria alimentar, nos quais

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podem ocorrer problemas de colmatação graves, sendo necessário aumentar não só a frequência das limpezas, como também a sua intensidade (Daufin e Merin, 1995). A utilização de membranas cerâmicas na separação dos componentes do leite e derivados tem vindo a ser incrementada desde a sua primeira aplicação, ao nível industrial, na concentração das proteínas do leite para a fabricação de queijo (Goudédranche et al., 1980). No entanto, do ponto de vista económico e nalguns aspectos técnicos não são presentemente ainda competitivas com as membranas poliméricas.

Quanto à sua estrutura, as membranas agrupam-se geralmente em duas classes: membranas simétricas, que inclui as membranas microporosas e as membranas homogéneas e membranas assimétricas, que podem ser assimétricas integrais e compostas (Mulder, 1996; Pinho et al., 2001). Nas membranas simétricas, a barreira selectiva é distribuída ao longo de toda a sua espessura, a qual varia geralmente entre 10 a 200 m (Mulder, 1996), enquanto que nas membranas assimétricas a barreira selectiva é constituída por uma camada homogénea muito fina, designada por camada activa ou ―pele‖, cuja espessura pode variar aproximadamente desde 0,1m a 1m (Pinho et al., 2001). Dentro de cada uma destas classes os diferentes processos de fabrico utilizados podem conduzir a estruturas diversas.

As membranas microporosas são aplicadas na microfiltração e podem possuir poros de dimensões variáveis, desde cerca de 0,02 m a 20 m, de acordo com o processo de fabrico usado (Pinho et al., 2001).

As membranas homogéneas são constituídas por filmes densos que permitem a separação de moléculas de dimensões semelhantes, devido ao facto das suas concentrações ou solubilidades serem muito diferentes na matriz da membrana. As suas aplicações mais importantes são a permeação gasosa e a pervaporação, nas quais se utilizam membranas poliméricas, e a electrodiálise, na qual se usam membranas preparadas a partir de resinas permutadoras de iões (Pinho et al., 2001).

As membranas assimétricas integrais são constituídas pela camada activa, a qual assenta sobre uma camada porosa com espessura variável entre cerca de 100 a 200 m (Pinho et al., 2001). A camada activa desempenha o papel de barreira selectiva, servindo a camada porosa inferior essencialmente para lhes conferir resistência mecânica, não introduzindo assim alguma resistência significativa à permeação (Pinho

et al., 2001). A existência da camada activa muito fina permite velocidades de

15 comparável, uma vez que a velocidade de transferência de massa é inversamente proporcional à espessura da membrana (Mulder, 1996; Pinho et al., 2001; Strathmann, 1986). Para além disso, são menos susceptíveis à colmatação do que membranas simétricas, uma vez que retêm as partículas à superfície, evitando a colmatação total da membrana.

As membranas assimétricas compostas são aquelas em que as duas camadas (camada activa e subcamada porosa) são constituídas por materiais diferentes, o que permite fazer uma optimização independente de ambas, sendo esta uma das principais vantagens deste tipo em relação às membranas assimétricas integrais.

Na figura 1.2.1. apresenta-se uma representação esquemática das diferentes estruturas referidas.

Figura 1.2.1. – Representação esquemática da estrutura das membranas (adaptado de Mulder,

1996).

A combinação de um determinado material com uma dada estrutura permite a obtenção de membranas com características de permeação adequadas às separações pretendidas.

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