Abstract:
As membranas atuam como barreira na separação de duas fases distintas, geralmente sob uma força motriz como pressão ou gradiente de concentração. As membranas apresentam vantagens frente aos outros tipos de processos convencionais de separação, como baixo custo energético e de operação e alto rendimento do processo. São utilizadas no tratamento de resíduos, purificação e clarificação de água, concentração de compostos e bioprodutos. Membranas a partir de nanofibras poliméricas possuem estrutura interligada de poros que proporcionam a sua utilização na tecnologia de separações. Membranas podem ser desenvolvidas por electrospinning pois é possível a produção de nanofibras que variam o diâmetro e tamanho de poro entre escala nano e micrométrica. Este processo envolve a aplicação de um campo elétrico induzido por uma fonte de alimentação de alta tensão entre a solução polimérica e coletor. Nanofibras poliméricas são definidas como fibras sólidas que possuem uma dimensão em nanoescala apresentando características como elevada área superficial em relação ao volume, melhor desempenho mecânico e flexibilidade em comparação a qualquer outra forma do mesmo material. Assim, o objetivo deste estudo foi utilizar o processo de electrospinning para o desenvolvimento de membranas a partir de nanofibras poliméricas com potencial aplicação na separação de partículas. O polímero poliacrilonitrila (PAN) e modificações na taxa de alimentação, potencial elétrico, diferentes diâmetros de capilares e umidade relativa do ambiente foram estudados no desenvolvimento das nanofibras por electrospinning. Nanofibras de 580±57 nm de diâmetro foram obtidas a partir de 10 % de poliacrilonitrila, taxa de alimentação de 500 µL h-1, potencial elétrico de 12 kV, diâmetro de capilar de 0,70 mm e umidade relativa de 60 %. As propriedades térmicas não diferiram da forma granular para as nanofibras. As membranas de nanofibras resultaram em material nanoestruturado hidrofílico, com porosidade em torno de 79,5 %, elevado fluxo de água pura ~19500 L h-1 m-2 e resistência mecânica de 9,86±0,36 N. A eficiência de filtração foi obtida com a retenção total das microalgas de ~1,75 µm utilizando membrana de 146 µm de espessura. O processo de electrospinning proporciona a produção de membranas de nanofibras com potencial aplicabilidade na separação de microalgas em suspensão.
The membranes act as a barrier in the separation of two distinct phases, usually under a driving force such as pressure or concentration gradient. The membranes have advantages over other types of conventional separation processes, such as low energy and operating costs and high process efficiency. They are used in waste treatment, purification and clarification of water, concentration of compound and bioproducts. Membranes from polymeric nanofibers have interconnected structure of pores that provide their use in the separation technology. Membranes can be developed by electrospinning because it is possible to produce nanofibers that vary the diameter and pore size between nano and micrometer scale. This process involves the application of an electric field induced by a high voltage power supply between the polymer solution and the collector. Polymeric nanofibers are defined as solid fibers having a nanoscale dimension having characteristics such as high surface area in relation to volume, better mechanical performance and flexibility compared to any other form of the same material. Thus, the aim of this study was to use the electrospinning process for the development of membranes from polymer nanofibers with potential application in particle separation. Polyacrylonitrile polymer (PAN) and changes in feed rate, electrical potential, diameters of capillaries different and relative humidity were studied in the development of nanofibers by electrospinning. Nanofibers of 580 ± 57 nm in diameter were obtained from 10 % polyacrylonitrile, feed rate of 500 µL h-1, electric potential of 12 kV, diameter of capillary of 0.70 mm and relative humidity of 60 %. Thermal properties did not differ from granular to nanofibers. The nanofiber membranes resulted in hydrophilic nanostructured material with porosity around 79.5 %, high pure water flow ~19500 L h-1 m-2 and mechanical strength of 9.86±0.36 N. The filtration efficiency was obtained with the total retention of microalgae of ~1.75 µm using a membrane of 146 µm thickness. The electrospinning process provides the production of nanofibers membranes with potential applicability in the separation of microalgae in suspension.
