Production and characterization of metal oxide nanoparticles and study of their incorporation into polymeric membranes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Gabriel
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/24736
Resumo: Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Production and characterization of metal oxide nanoparticles and study of their incorporation into polymeric membranesPolymeric membranesNanoparticlesCoprecipitationPhase inversionPermeabilityDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia QuímicaMestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáMembrane technology is applied as a separation process in different process, such as gas separation, wastewater treatment, biodiesel purification, food and fermentation industry. This technology contributes to reduce water used and save energy in these processes. They can be defined as a physical barrier between two phases, which regulates the mass transport between them. The performance of this type of technology in purification processes depends on parameters such as permeability and selectivity with the material to be filtered. Membranes can be produced from different materials. This study aimed to produce polymeric membranes composed of polyvinylpyrrolidone (PVP) and polyethersulfone (PES) with and without the addition of metal oxide nanoparticles, such as zinc oxide and iron oxides. The membranes were synthesized using the phase inversion method, with different amounts of solvent, PVP and nanoparticles. Nanoparticles were synthesized by the co-precipitation method. The nanoparticles were characterized by techniques such as infrared spectrum (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and laser diffraction (LS). Membranes were characterized by techniques such as water absorption, porosity, hydraulic permeability, thermogravimetric analysis and optical microscopy. With the incorporation of nanoparticles, it is intended to study whether they change important properties such as hydrophilicity, pore size and permeability, to prevent membrane pore blocking, a phenomenon known as fouling, which is responsible for the drop in membrane performance in processes of filtration. Through the analyses, the relationship between membrane permeability and water absorption, pore size and permeate flux of each of the different compositions studied was verified. The analyses carried out, allowed to verify that the properties of the membranes were modified when the nanoparticles were incorporated. Permeability analysis allowed to verify the behaviour of membranes when applied to a fluid pressure. In this study, distilled water was used and even so it was verified a reduction in the permeate flux, which is due to membrane compaction. However, the incorporation of nanoparticles and the variation in the amount of PVP were able to reduce the reduction in permeate flux.Dentre os processos de separação de materiais existentes, a tecnologia de membrana é aplicada como um processo de separação em diferentes campos, como separação de gases, no tratamento de águas residuais, na purificação de biodiesel, na indústria de alimentos e fermentação. Esta tecnologia contribui para a redução de água utilizada e economia de energia desses processos. Elas podem ser definidas como uma barreira física entre duas fases, que regula o transporte de massa entre elas. A performance desse tipo de tecnologia em processos de purificação depende de parâmetros como a permeabilidade e a seletividade com o material a ser filtrado. As membranas podem ser produzidas de diferentes materiais. Este estudo teve como objetivo produzir membranas poliméricas compostas por polivinilpirrolidona (PVP) e polietersulfona (PES) com e sem a adição de nanopartículas de óxidos metálicos, como o óxido de zinco e óxidos de ferro. As membranas foram sintetizadas utilizando o método de inversão de fases, com diferentes quantidades de solvente, PVP e nanopartículas. As nanopartículas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação. As nanopartículas foram caracterizadas por técnicas como espectro infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e difração de laser (LS). A caracterização das membranas se deu por técnicas como absorção de água, porosidade, permeabilidade hidráulica, análise termogravimétrica e microscopia óptica. Com a incorporação das nanopartículas pretende-se estudar se elas alteram propriedades importantes tais como hidrofilicidade, tamanho de poros e permeabilidade, para a prevenção do entupimento de poros da membrana, fenômeno conhecido como fouling, que é responsável pela queda da performance da membrana em processos de filtração. Através das análises citadas foi verificado a relação entre permeabilidade da membrana e absorção de água, tamanho de poros e fluxo permeado de cada uma das diferentes composições estudadas. Com as análises realizadas foi possível verificar que as propriedades das membranas foram alteradas quando as nanopartículas foram incorporadas. A análise de permeabilidade permitiu verificar o comportamento das membranas quando aplicadas a pressão de um fluido. No estudo se utilizou água destilada e mesmo assim foi verificação de redução do fluxo permeado, o que se deve a compactação da membrana. Porém a incorporação de nanopartículas e a variação da quantidade de PVP, foram capazes de diminuir a redução do fluxo permeado.Barreiro, M.F.Gomes, HelderSgorlon, Juliana GuerraGomes, Maria Carolina SérgiBiblioteca Digital do IPBRibeiro, Gabriel2022-01-19T11:08:53Z20212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/24736TID:202887340enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T10:55:46Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/24736Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:15:41.073688Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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