Desenvolvimento e caracterização de membranas poliméricas eletro-condutivas com Polianilina (PANI) e Óxido de Grafeno reduzido (OGr) para mitigação de fouling

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gonçalves, Jamile
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121739
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas Subtil
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spelling Desenvolvimento e caracterização de membranas poliméricas eletro-condutivas com Polianilina (PANI) e Óxido de Grafeno reduzido (OGr) para mitigação de foulingPOLIANILINAÓXIDO DE GRAFENO REDUZIDODEFOULINGPOLYANILINEREDUCED GRAPHENE OXIDEPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL - UFABCOrientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas SubtilDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2019.Com o aumento da demanda por recursos naturais há uma necessidade importante de desenvolvimento de tecnologias mais sustentáveis, principalmente que viabilizem a recuperação de recursos. Os Biorreatores com Membranas Submersas (SMBR) são opções promissoras com relevante papel na recuperação de água, mas com limitações quanto ao elevado consumo energético e fouling. Uma abordagem para tratar estas limitações se relaciona com a utilização de um campo elétrico para remoção ou controle do fouling, que com membranas eletro-condutivas, irá atuar diretamente na superfície e nos poros da membrana. Neste contexto, o objetivo principal da pesquisa foi desenvolver e caracterizar membranas poliméricas eletro-condutivas visando a mitigação do fouling. Na primeira fase da pesquisa, foram sintetizadas membranas de Polietersufona (PES) com diferentes concentrações de óxido de grafeno reduzido (OGr) e polianilina (PANI). Além disso, foi avaliado o efeito de dois diferentes dopantes, ácido canforsulfônico (HCSA) e ácido dodecilbenzenosulfônico (DBSA) na condutividade e dispersão da PANI. As membranas foram caracterizadas quanto a condutividade, hidrofilicidade, morfologia e permeabilidade. Com os resultados da espectroscopia Raman foram identificadas as bandas da PANI na fase sal de esmeraldina e os melhores resultados de condutividade foram obtidos para a concentração mais alta de OGr (0,2% em massa) e dopagem da PANI com DBSA (9,6 ± 0,8 µS·cm-1), cerca de 10 vezes superior a membrana PES-controle (0,63 ± 0,01 µS·cm-1). Por outro lado, a hidrofilicidade foi maior para a dopagem da PANI com HCSA, o ângulo de contato reduziu de 61,9 ± 6,7° (PES-controle) para 45,2 ± 0,8° (maior concentração de OGr). As membranas com OGr apresentaram menor em número, porém mais largos, macrovazios na subcamada da membrana, além de uma redução de rugosidade, especialmente para dopagem com HCSA (de 11,6 ± 3,4 nm para 2,7 ± 0,4 nm). A permeabilidade também aumentou com a presença da PANI e OGr, para a maior concentração houve um aumento de 91,7% para HCSA e 97,3% para DBSA, comparado as membranas com somente PANI. Os estudos de fouling revelaram maior Percentual de Recuperação de Fluxo (PRF) para as membranas eletro-condutivas comparado a membrana controle, cujo PRF foi de 21,8 ± 5,7%. O PRF e Rejeição de Carbono Orgânico Total (RCOT) da membrana PES-PANI(HCSA)-OGr(0,2g) (81,3 ± 3,6% e 93,04 ± 0,27%) foi superior a membrana PES-PANI(DBSA)-OGr(0,2g) (60,9 ± 5,8% e 35,92 ± 0,86%) e após limpeza eletroquímica, houve defouling e um incremento de PRF adicional, demonstrando potencial de mitigação de fouling.Increased demand for natural resource revels an important need for the development of more sustainable technologies, mainly, which enable resource recovery. Submerged Membrane Bioreactor (SMBR) are promising options with a relevant role in water recovery, but with limitations on high-energy consumption and fouling. An approach to address these limitations relates to the use of an electric field to remove or control fouling, which with electro-conductive membranes will act directly on the surface and pores of the membrane. In this context, the main objective of the research was to develop and characterize electro-conductive polymeric membranes aiming fouling mitigation. In the first stage of the research, membranes of polyethersulfone (PES) with different concentrations of reduced graphene oxide (rGO) and polyaniline (PANI) were synthesized. In addition, the effect of two different dopants, camphorsulfonic acid (HCSA) and dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) on the PANI conductivity and dispersion was also evaluated. Membranes were characterized for conductivity, hydrophilicity, morphology and permeability. In Raman spectroscopy the PANI bands were identified in the emeraldine salt phase and the best conductivity results were obtained for the highest rGO concentration (0.2 wt.%) and PANI doped with DBSA (9.6 ± 0.8 µS·cm-1), about 10 times higher than PES-control membrane (0.63 ± 0.01 µS·cm-1). On the other hand, the hydrophilicity was better for HCSA than DBSA, contact angle reduced from 61.9 ± 6.7° (PES-control) to 45.2 ± 0.8° (highest rGO concentration). The rGO membranes presented less but larger macrovoids in the sublayer and a roughness reduction, especially for HCSA (from 11.6 ± 3.4 nm to 2.7 ± 0.4 nm). The permeability also improved with PANI and rGO, for the highest concentration increased 91.7% for HCSA and 97.3% for DBSA, compared with only-PANI membranes. Fouling studies revealed higher Flux Recovery Ratio (FRR) for electro-conductive membranes than control membrane, whose FRR was 21.8 ± 5.7%. The FRR and Total Organic Carbon Rejection (RTOC) of the PES-PANI(HCSA)-rGO(0.2g) membrane (81.3 ± 3.6% and 93.04 ± 0.27%) were higher than PES-PANI(DBSA)-rGO(0.2g) membrane (60.9 ± 5.8% and 35.92 ± 0.86%) and after electrochemical cleaning, there was defouling and an additional increase of the FRR, demonstrating fouling mitigation potential.Subtil, Eduardo LucasLapolli, Flávio RubensAmaral, Miriam Cristina SantosGonçalves, Jamile2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf81 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121739http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121739&midiaext=78374http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121739&midiaext=78373Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121739porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-25T16:54:18Zoai:BDTD:121739Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-25T16:54:18Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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