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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2023.tde-06022024-120314
Document
Author
Full name
Gracyelly Nuves Leocadio
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Mierzwa, José Carlos (President)
Diaz, Francisco Rolando Valenzuela
Fernandes, Elizabeth Grillo
Oliveira Neto, Almir
Silva, Juliana dos Santos de Souza
Title in Portuguese
Síntese e modificação de membranas poliméricas condutivas com polianilina e nanopartículas de argila.
Keywords in Portuguese
Argilas
Nanopartículas
Tratamento de água
Tratamento de esgotos sanitários
Abstract in Portuguese
A abordagem sobre a síntese e modificação de materiais apresentados nesse trabalho, foram utilizados com o objetivo de melhorar as propriedades físico/químicas nas membranas de poli(éter sulfona) (PES), modificadas com polianilina e nanopartículas de argila (PANI - PANI/CN). Desta forma, foram obtidas membranas condutivas capazes de realizar reações de oxirredução simultaneamente ao processo de separação física, e essas modificações resultaram em melhores condições de controle e monitoramento da ocorrência de depósito, fouling, nas membranas. A polianilina foi obtida a partir da polimerização da anilina em meio ácido, utilizando o persulfato de amônio como inicializado e as membranas compostas pela combinação de PES com quantidades de PANI e PANI/CN compreendidas entre 20 a 40%. Por meio de ensaios eletroquímicos, avaliados através de análises em microscópio eletroquímico (MEqV), potencial zeta, e impedância eletroquímica (EIE), as membranas com maior teor de PANI e PANI/CN apresentaram melhor estabilidade química. Além disso, os ensaios de oxidação eletroquímica com os corantes azul de metileno (MB) e vermelho congo (CR), permitiram obter eficiências de remoção de aproximadamente, 96,9% para o MB e 97,2% para o CR, ambas designadas à composição 40PANI/CN 1:1. A permeabilidade média das amostras com diferentes razões de PANI/CN foi aproximadamente seis vezes maior ao PES pristino, de 48,6 para 385,17 L.m-². h-¹. bar-¹. A massa molecular de corte (Molecular Weight Cut-Off, MWCO) foi de aproximadamente 300.000 g/mol para as composições com PANI/CN e de 150.000 g/mol para PES, ou seja, essas membranas podem ser classificadas como de ultrafiltração (UF). Nas composições com 40% de modificadores PANI e PANI/CN, a resistividade elétrica reduziu significativamente de 1,67M para 0,07 M, e Pvalor<0.000, e esses resultados convergem com as impediências reais obtidas na análise de EIE. Todos os permeados das composições testadas foram aceitáveis de acordo os padrões estabelecidos na portaria de qualidade de água do Ministério da Saúde. Ou seja, os resultados gerais acima sugerem que as membranas com PANI/CN apresentaram melhor desempenho global, com maior capacidade para catalisar as reações de oxirredução em comparação as outras composições.
Title in English
Untitled in english
Keywords in English
Clay nanoparticles
Conductive membrane
Poly(ether sulfone)
Polyaniline
Abstract in English
An approach regarding to the modification of physical/chemical properties of poly(ether sulfone) (PES) membranes, modified with polyaniline and clay nanoparticles (PANI - PANI/CN), have been used for the improvement of the prepared membranes. In this way, conductive membranes are designed to carry out oxidation-reduction reactions, simultaneously with the separation process. In other words, through these modifications, the membranes provided better control leading to monitoring conditions regarding fouling problems. Polyaniline was obtained from the polymerization of aniline in an acidic medium, using ammonium persulfate as an initializer. In general, the compositions with higher PANI and PANI/CN content presented better electrochemical behavior, displayed through electrochemical microscopy (MEqV), zeta potential, and impedance electrochemical (EIE). Furthermore, through oxidation tests with the dyes methylene blue (MB) and Congo red (CR), the highest oxidation values were recorded at 96.9% - MB, and 97.2% - CR, both attributed to the 40PANI/CN 1:1 composition. Regarding the average permeability, the compositions with PANI/CN in different ratios were 6 times higher compared to the control one, increasing from 48.6 to 308.2 L.m-². h-¹. bar-¹. Concerning rejection, the average molecular weight cut-off (MWCO) at 90% were 300KDa for PANI/CN, while neat PES was 150KDa, that is, characterized as ultrafiltration (UF) membranes. About electrical resistivity, the values reduced significantly from the neat membrane compared to the ones with 40PANI, 40PANI/CN 1:1, and 40PANI/CN 1:2, from 1.67M to 0.07 M, respectively with a Pvalue<0.000. These results converged with the real resistivity obtained in the EIE analysis. Furthermore, the results obtained with the treatment of natural water samples, showed that the quality parameters of all permeates in the tested compositions were acceptable according to the values presented in the Brazilians regulation for potable water. In other words, the general results above suggest that the compositions with PANI/CN demonstrated better overall performance, and greater chemical and mechanical stability, with the capacity to catalyze redox reactions compared to both the neat PES and compositions with PANI only.
 
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Publishing Date
2024-02-08
 
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