Desenvolvimento e avaliação experimental de membranas de polpa de celulose com celulose microfibrilada (MFC) como alternativa sustentável para filtragem de ar

Abstract

Resumo: Diante do crescimento urbano, da poluição atmosférica e do aumento de doenças respiratórias associadas à permanência em ambientes fechados, há uma crescente demanda por sistemas de filtração de ar mais eficientes e ambientalmente sustentáveis. Embora filtros HEPA apresentem alta eficiência, sua produção baseada em fibras de vidro levanta preocupações quanto ao impacto ambiental. Este trabalho propõe o uso de membranas à base de polpa de celulose e celulose microfibrilada (MFC) como alternativa sustentável. Diferentes métodos de processamento e secagem foram aplicados com o objetivo de controlar a morfologia, a permeabilidade e as propriedades das membranas. A amostra tratada com acetona, mesmo utilizando apenas secagem em estufa, apresentou a maior área superficial específica (102 m²/g), sem necessidade de técnicas de secagem refinadas. Já as membranas produzidas com a combinação de acetona e álcool isopropílico apresentaram os melhores resultados de permeabilidade (na ordem de 10-2 m²) e eficiência de retenção de partículas, variando de 80% a 94%. Além disso, a adição de tanino às amostras promoveu modificações estruturais importantes, com aumento da porosidade, da permeabilidade e melhora das propriedades mecânicas. Os resultados demonstram a viabilidade técnica dessas membranas tanto para aplicações em sistemas de filtração de ar quanto como suporte alimentar funcional. O estudo evidencia o potencial dessas membranas como solução sustentável e versátil frente aos desafios atuais da filtração de ar e abre caminho para futuras otimizações na produção e aplicação desses materiais

Abstract: Due to urban growth, air pollution, and the increase in respiratory diseases associated with remaining in closed environments, there is a growing demand for more efficient and environmentally sustainable air filtration systems. Although HEPA filters offer high efficiency, their production based on fiberglass raises concerns regarding environmental impact. This study proposes the use of membranes made from cellulose pulp and microfibrillated cellulose (MFC) as a sustainable alternative. Different processing and drying methods were applied to control the morphology, permeability, and properties of the membranes. The sample treated with acetone, even using only oven drying, exhibited the highest specific surface area (102 m²/g), without the need for refined drying techniques. Membranes produced with a combination of acetone and isopropyl alcohol showed the best permeability results (on the order of 10-2 m²) and particle retention efficiency ranging from 80% to 94%. Additionally, the incorporation of tannin into the samples led to significant structural changes, increasing porosity and permeability while also improving mechanical properties. The results demonstrate the technical feasibility of these membranes for both air filtration systems and functional food packaging applications. The study highlights the potential of these membranes as a sustainable and versatile solution to current air filtration challenges and paves the way for future production and application optimizations