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Title: Membranas de base polimérica para desmineralização e filtração de água
Author: Pinto, Tomás de Vasconcelos Brito Lemos
Advisor: Costa, Maria Elisabete Jorge Vieira da
Pontes, António José Vilela
Salústio, Sérgio
Keywords: Processos de separação
Tratamento da água
Ciência e engenharia de materiais
Membranas (Tecnologia) - Materiais
Agentes antibacterianos
Água potável
Defense Date: 20-Dec-2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: A água potável tende a tornar-se um bem escasso. As técnicas de tratamento de águas, com recurso a membranas, para as tornar potáveis são uma área de interesse francamente crescente. No presente trabalho prepararam-se membranas de polietersulfona (PES) aditivadas com PVP, AgNO3 e resina de permuta iónica para filtração, desmineralização e desinfeção de água. Na fabricação das mesmas usou-se o método de separação de fases através de não-solvente (NIPS), tendo sido utilizado a 1-metil-2-pirrolidona como solvente e água desionizada como não-solvente. Foi utilizada a mesma formulação para todas as membranas: 15 wt% PES, 81 wt% NMP, 2 wt% PVP e 2 wt% AgNO3. Estudou-se o efeito da manipulação de variáveis experimentais como a temperatura (da solução e do banho de coagulação) e da aplicação de ultrassons, na estrutura da membrana (porosidade), e na sua afinidade para com a água (hidrofilicidade). Avaliou-se igualmente a capacidade de as membranas preparadas inativarem bactérias (gram positiva e gram negativa). Procedeu-se também à incorporação de resina de permuta iónica nas membranas com o objetivo de avaliar o seu comportamento desmineralizador. Os resultados obtidos mostraram que a hidrofilicidade das membranas, avaliada através do ângulo de contacto, é significativamente afetada pelas condições térmicas que presidem à preparação da mesma, sendo favorecida quando temperaturas elevadas de coagulação se combinam com temperaturas ambientes (ou ligeiramente superiores) da solução. A porosidade foi igualmente afetada pela variação das condições térmicas, observando-se que temperaturas elevadas favorecem porosidades elevadas. A membrana com a melhor combinação de porosidade (39%) e hidrofilicidade (37° de ângulo de contacto), foi preparada com temperatura de solução 70 °C, temperatura do banho de coagulação 60 °C e sem aplicação de ultrassons. O comportamento antibacteriano, qualitativamente avaliado através da imobilização da membrana em dois meios, um deles contendo uma bactéria gram negativa e outro com uma bactéria gram positiva, Escherichia coli e Staphylococcus aureus respetivamente, demonstrou que quantidades diminutas (2 wt%) de AgNO3 conferem a algumas membranas potencial para inativar ambos os tipos de bactérias. A avaliação da ação desmineralizadora através da análise química (ICP) dos teores dos catiões Ca2+ e Mg2+, responsáveis pela “dureza” da água, mostrou que a membrana aditivada de resina tem efetivamente capacidade de permuta iónica, permitindo uma redução da concentração dos iões Ca2+(-14.4%) e de Mg2+(-15.5%). As membranas foram testadas sob condições preliminares de fluxo de água com recurso a um suporte especificamente desenhado para o efeito, tendo evidenciado robustez suficiente durante o teste.
Drinking water tends to become scarce. The techniques of water treatment based on membranes are a frankly growing area of interest. In the present work, polyether sulfone (PES) membranes added with PVP, AgNO3 and ion exchange resin were prepared for filtration, demineralization and water disinfection. In the manufacture of the membrane, a non-solvent phase separation method (NIPS) was used with 1-methyl-2-pyrrolidone as solvent and deionized water as non-solvent. The same formulation was used for all membranes: 15 wt% PES, 81 wt% NMP, 2 wt% PVP and 2 wt% AgNO3. The effect of the manipulation of experimental variables including temperature (of solution and coagulation bath) and ultrasounds on membrane structure (porosity), and on its affinity for water (hydrophilicity) were studied. The ability of the prepared membranes to inactivate bacteria (gram positive and gram negative) were studied as well. An ion exchange resin was incorporated in the membranes aiming at evaluating their demineralizing behaviour. The obtained results showed that the hydrophilicity of the membranes, evaluated through the contact angle, is significantly affected by the thermal conditions that prevail in the preparation of the membrane, being favoured when high coagulation temperatures are combined with ambient (or slightly higher) temperatures of the solution. The porosity was also affected by the variation of the thermal conditions, being observed that high temperatures are responsible for high porosities. The membrane with the best combination of porosity (39%) and hydrophilicity (37° contact angle) was prepared with a solution temperature of 70 °C, a coagulation bath temperature of 60 °C and without ultrasounds application. The antibacterial behaviour, qualitatively assessed by membrane immobilization in two media, one containing gram negative bacteria and the other with a gram positive bacterium, Escherichia coli and Staphylococcus aureus respectively, showed that minute amounts (2 wt%) of AgNO3 grants to some membranes a potential to inactivate both types of bacteria. The evaluation of the demineralizing action through the chemical analysis (ICP) of Ca2 + and Mg2 +, the cations responsible for water "hardness", pointed out that the resin membrane has an effective ion exchange ability, allowing an effective reduction in Ca 2+ ( -14.4%) and Mg2 + (- 15.5%) ions concentrations. The membranes were also tested under preliminary water flow conditions using a specially designed support, being remarked that a sufficient robustness was exhibited by the membrane during the test.
Description: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/21823
Appears in Collections:DEMaC - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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