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Kátia Cecília de Souza Figueiredohttp://lattes.cnpq.br/9239691775959407Thiago Henrique Rodrigues da CunhaAndré Santarosa FerlautoSônia Denise Ferreira RochaAndréa Oliveira Souza da CostaFernanda Moura de Abreuhttp://lattes.cnpq.br/8675045541280690Vinícius Henrique Vivas2020-08-20T23:10:04Z2020-08-20T23:10:04Z2020-03-17http://hdl.handle.net/1843/34039https://orcid.org/0000-0002-2172-2040No atual cenário global, o desenvolvimento de um processo de dessalinização e purificação de águas marinhas por membranas é um fator estratégico para garantir recursos de água potável em todo o mundo. Neste contexto, a busca por novos materiais tem sido um dos principais focos de estudo do processo de separação por membranas. Entre os recentes avanços no desenvolvimento de novos sistemas de membranas para a dessalinização de água, uma das tecnologias mais promissoras é a utilização de membranas a base de grafeno. Mesmo com grande interesse e devido ao caráter recente, ainda há poucos trabalhos experimentais publicados acerca do tema. Não consta também na literatura, trabalhos utilizando o polimetilmetacrilato (PMMA) como suporte poroso para grafeno, e da mesma forma há também poucos relatos da utilização do PMMA exclusivamente como base para produção de membrana porosa mesmo sem a utilização da nanoestrutura. Esta dissertação tem como objetivo a produção e caracterização de uma membrana composta de grafeno em substrato poroso de PMMA. A estratégia experimental consistiu no crescimento por deposição química de vapor (CVD) de monocamada de grafeno, formação da membrana porosa de PMMA, por diferentes sistemas, e subsequente transferência via úmida do grafeno para superfície do substrato poroso de PMMA. Foi realizada caracterização das membranas resultante através de ângulo de contato, reologia da solução matriz, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia/mapa Raman, medida de permeação em fase líquida e gasosa, além de ensaio de retenção salina. O grafeno CVD sintetizado apresentou predominância de monocamada e baixa densidade de defeitos indicando boa qualidade, sendo o mesmo aplicável no processo de produção de membrana composta. Membranas produzidas com solução de PMMA com diferentes solventes, dimetilformamida, acetona e clorobenzeno, são possíveis de serem formadas através da inversão de fase. Membranas originadas da solução PMMA/Acetona apresentaram morfologia densa, seletividade gasosa (αN2/CO2 de 5,6), porém estrutura frágil. Membranas originadas da solução PMMA/Clorobenzeno apresentaram estrutura assimétrica e morfologia do tipo sponge-like, preservação da característica estrutural em elevado tempo, seletividade gasosa (αN2/CO2 de 1,5) e característica adequadas para aplicação da camada de grafeno. A transferência de filme de grafeno para membranas de PMMA se mostrou viável, produzindo assim membrana composta de grafeno sobre substrato de PMMA. A membrana composta de grafeno sobre PMMA formadas a partir de solução em acetona apresentou melhora na seletividade gasosa em ~10% comparado a membrana pura. A membrana de pura PMMA apresentou retenção salina completa em ensaio de osmose direta no tempo de 24 horas, indicando possibilidade de aplicação para processo de dessalinização. As medidas com a membrana composta apresentaram uma permeabilidade gasosas para CO2 em GPU de 6,08x10-2 representando uma diminuição de aproximadamente 81,9% quando comparada à membrana pura. Em relação ao N2, a permeabilidade foi de 0,9x10-2 representando uma diminuição de 83,7%.In the current global scenario, the development of a process of desalination and purification of marine waters by membranes is a strategic factor to guarantee drinking water resources worldwide. In this context, the search for new materials has been one of the main focuses of the study of the membrane separation process. Among the recent advances in the development of new membrane systems for water desalination, one of the most promising technologies is the use of graphene-based membranes. Even with great interest and due to the recent nature, there are still few published experimental studies on the subject. There are also no studies in the literature using polymethylmethacrylate (PMMA) as porous support for graphene, and likewise, there are also few reports of the use of PMMA exclusively as a basis for the production of a porous membrane even without the use of nanoparticles. This dissertation aims to produce and characterize a membrane composed of graphene in a porous PMMA substrate. The experimental strategy consisted of the growth by chemical vapor deposition (CVD) of graphene monolayers, the formation of the PMMA porous membrane, by different systems, and subsequent wet transfer of graphene to the surface of the PMMA porous substrate. Characterization of the resulting membranes was carried out through contact angle, rheology of the matrix solution, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, spectroscopy/Raman map, permeation measurement in liquid and gas phase, in addition to salt retention test. The synthesized CVD graphene showed a predominance of monolayers and low defect density, indicating good quality, being the same application in the production process of the composite membrane. Membranes produced with PMMA solution with different solvents, dimethylformamide, acetone, and chlorobenzene, are possible to be formed through phase inversion. Membranes originated from the PMMA/Acetone solution showed dense morphology, gas selectivity (αN2/CO2 of 5.6), but fragile structure. Membranes originated from the PMMA/Chlorobenzene solution showed asymmetric structure and sponge-like morphology, preservation of the structural characteristic in a long time, gas selectivity (αN2/CO2 of 1.5) and characteristics suitable for application of the graphene layer. The transfer of graphene film to PMMA membranes proved to be feasible, thus producing membranes composed of graphene on the PMMA substrate. The membrane composed of graphene on PMMA formed from acetone solution showed an improvement in gas selectivity of ~10% compared to the pure membrane. The pure PMMA membrane showed complete saline retention in a 24-hour direct osmosis test, indicating the possibility of applying for the desalination process. The measurements with the composite membrane showed a gaseous permeability for CO2 in GPU of 6.08x10-2, representing a decrease of approximately 81.9% when compared to the pure membrane. Concerning N2, the permeability was 0.9x10-2, representing a decrease of 83.7%.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICAEngenharia químicaGrafenoDessalinização da águaMembranas (Tecnologia)Água - PurificaçãoGrafeno CVDDessalinizaçãoProcesso de separação por membranaMembrana compostaTratamento de águaDesenvolvimento de uma membrana composta de grafeno sobre substrato polimérico poroso de PMMA para dessalinização e purificação de águaDevelopment of a membrane composed of graphene on a porous polymeric substrate of PMMA for desalination and water purificationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALDissertação Vinícius Vivas Versão Final PPGEQ_UFMG 2020.pdfDissertação Vinícius Vivas Versão Final PPGEQ_UFMG 2020.pdfapplication/pdf4406478https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/34039/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Vin%c3%adcius%20Vivas%20Vers%c3%a3o%20Final%20PPGEQ_UFMG%202020.pdf7cdd9993746e7de643bdef2b916bdf3aMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/34039/2/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD521843/340392020-08-20 20:10:04.338oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2020-08-20T23:10:04Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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