Desenvolvimento de uma membrana composta de grafeno sobre substrato polimérico poroso de PMMA para dessalinização e purificação de água

• Autor(a) principal: Vinícius Henrique Vivas
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/34039; https://orcid.org/0000-0002-2172-2040
• topic: Grafeno CVD; Dessalinização; Processo de separação por membrana; Membrana composta; Tratamento de água; Engenharia química; Grafeno; Dessalinização da água; Membranas (Tecnologia); Água - Purificação

No 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%.