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http://tede.upf.br:8080/jspui/handle/tede/2883
???metadata.dc.type???: | Tese |
Title: | Síntese de membranas compósitas modificadas com óxido de grafeno e polietilenoglicol para remoção de contaminantes emergentes da água |
???metadata.dc.creator???: | Cadore, Jéssica Stefanello ![]() |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | Brião, Vandré Barbosa |
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: | Pires, Marçal Jose Rodrigues |
???metadata.dc.description.resumo???: | O processo de separação por membranas destaca-se como uma tecnologia eficiente para a remoção de poluentes em meio aquoso. Essa tecnologia pode apresentar algumas limitações, incluindo tamanho dos poros, seletividade limitada, hidrofobicidade, incrustação, baixa resistência mecânica e química. A nível nacional, outro fator limitante é a baixa produção de membranas no Brasil, decorrente da dependência de tecnologias importadas e da necessidade de investimentos em infraestrutura e capacitação técnica. Dessa forma, estudos e incentivos devem ser fomentados para obter melhorias nas técnicas de tratamento de água e efluentes. A incorporação de novos materiais pode minimizar tais limitações e desenvolver processos avançados, como membranas compósitas. Dentre os mais recentes e promissores materiais investigados para a incorporação em membranas destaca-se o óxido de grafeno. A incorporação deste à matriz polimérica de membranas confere propriedades únicas, como maior durabilidade, resistência e capacidade anti-incrustrante. A adição de óxido de grafeno pode aumentar a capacidade de filtração e diminuir o tamanho dos poros, permitindo que sejam retidos compostos com baixa massa molecular. Além disso, adicionar mais de um material pode representar diferentes características a essas membranas. O polietilenoglicol é um polímero de baixa massa molecular e pode trazer benefícios na estrutura das membranas, como aumento da porosidade, fluxo de permeado e hidrofilicidade. Este estudo teve como objetivo geral desenvolver membranas compósitas poliméricas contendo óxido de grafeno e polietilenoglicol para o processo de separação dos fármacos cafeína, diclofenaco sódico e amoxicilina dispersos em água. As membranas foram sintetizadas, caracterizadas e avaliadas quanto a eficiência na remoção dos contaminantes. O trabalho permitiu constatar que a adição de óxido de grafeno melhorou a estrutura das membranas fabricadas, reduzindo o tamanho dos poros, aumentando a seletividade e permeabilidade. A adição de polietilenoglicol conferiu aumento da porosidade, tamanho de poro e fluxo de permeado. Por outro lado, reduziu a resistência a tração e a rejeição dos contaminantes cafeína, diclofenaco sódico e amoxicilina. A adição dos materiais alterou a morfologia das membranas através de cavidades maiores e canais mais largos. Foi observado, também, o aumento da rugosidade através da incorporação de óxido de grafeno e a redução com a adição de polietilenoglicol. A permeabilidade das membranas passou de 0,6156 L/h.m².bar para 4,5373 L/h.m².bar após adição de óxido de grafeno e polietilenoglicol. O fluxo hidráulico das membranas sintetizadas alcançou 37,81 L/h.m².bar. Pode-se concluir que a estrutura e a porosidade, assim como as rejeições dos fármacos contaminantes foram diretamente influenciados pela incorporação de óxido de grafeno e polietilenoglicol às membranas. Observou-se rejeições de até 80,6% de cafeína, 66% de diclofenaco sódico e 87,33% de amoxicilina para a membrana polimérica com adição de carga de 1,5% de óxido de grafeno. Esta pode ser considerada promissora para a remoção de contaminantes emergentes da água. |
Abstract: | The membrane separation process stands out as an efficient technology for removing pollutants from aqueous media. This technology may present some limitations, including pore size, limited selectivity, hydrophobicity, fouling, and low mechanical and chemical resistance. At the national level, another limiting factor is the low production of membranes in Brazil, resulting from the dependence on imported technologies and the need for investments in infrastructure and technical training. Therefore, studies and incentives should be encouraged to obtain improvements in water and effluent treatment techniques. The incorporation of new materials can minimize such limitations and develop advanced processes, such as composite membranes. Among the most recent and promising materials investigated for incorporation into membranes, graphene oxide stands out. Its incorporation into the polymer matrix of membranes confers unique properties, such as greater durability, resistance, and anti-fouling capacity. The addition of graphene oxide can increase filtration capacity and reduce pore size, allowing low molecular weight compounds to be retained. In addition, adding more than one material can provide different characteristics to these membranes. Polyethylene glycol is a low molecular weight polymer and can provide benefits to the structure of membranes, such as increased porosity, permeate flux and hydrophilicity. The general objective of this study was to develop polymeric composite membranes containing graphene oxide and polyethylene glycol for the separation process of the drugs caffeine, diclofenac sodium and amoxicillin dispersed in water. The membranes were synthesized, characterized and evaluated for their efficiency in removing contaminants. The work showed that the addition of graphene oxide improved the structure of the manufactured membranes, reducing the pore size, increasing selectivity and permeability. The addition of polyethylene glycol increased porosity, pore size and permeate flux. On the other hand, it reduced the tensile strength and rejection of the contaminants caffeine, diclofenac sodium and amoxicillin. The addition of the materials changed the morphology of the membranes through larger cavities and wider channels. An increase in roughness was also observed through the incorporation of graphene oxide and a reduction with the addition of polyethylene glycol. The permeability of the membranes increased from 0.6156 L/h.m².bar to 4.5373 L/h.m².bar after the addition of graphene oxide and polyethylene glycol. The hydraulic flux of the synthesized membranes reached 37.81 L/h.m².bar. It can be concluded that the structure and porosity, as well as the rejection of contaminating drugs, were directly influenced by the incorporation of graphene oxide and polyethylene glycol into the membranes. Rejection of up to 80.6% of caffeine, 66% of diclofenac sodium and 87.33% of amoxicillin was observed for the polymeric membrane with the addition of 1.5% graphene oxide loading. This can be considered promising for the removal of emerging contaminants from water. |
Keywords: | Membranas filtrantes Água - Purificação - Filtração |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | ENGENHARIAS |
???metadata.dc.language???: | por |
???metadata.dc.publisher.country???: | Brasil |
Publisher: | Universidade de Passo Fundo |
???metadata.dc.publisher.initials???: | UPF |
???metadata.dc.publisher.department???: | Instituto de Tecnologia – ITEC |
???metadata.dc.publisher.program???: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental |
Citation: | CADORE, Jéssica Stefanello. Síntese de membranas compósitas modificadas com óxido de grafeno e polietilenoglicol para remoção de contaminantes emergentes da água. 2023. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2023. |
???metadata.dc.rights???: | Acesso Aberto |
URI: | http://tede.upf.br:8080/jspui/handle/tede/2883 |
Issue Date: | 14-Jun-2023 |
Appears in Collections: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental |
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2023JessicaCadore.pdf | Tese de Jéssica Stefanello Cadore | 3.49 MB | Adobe PDF | View/Open ???org.dspace.app.webui.jsptag.ItemTag.preview??? |
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