Avalição da adição de lignina na composição de membranas para tratamento de água produzidas pelo método de inversão de fases

Abstract

Resumo: O presente trabalho visou avaliar a influência da lignina na formação de membranas assimétricas, para utilização em sistemas de ultrafiltração e nano filtração de água. As membranas planas foram produzidas com polisulfona (PSU) e N-metilpirrolidona (NMP), e aditivadas com lignina, que atuou como agente formador de poros, sem a necessidade de aditivos orgânicos convencionais. As membranas foram produzidas pelo método de inversão de fases por imersão em água (NIPS), método que apresenta possibilidades de modificações na morfologia das membranas para obtenção de membranas com alta permeabilidade, e seletividade a solutos presentes na água. A influência da viscosidade nas soluções, com lignina como aditivo, foi levada em conta para a redução de defeitos nas membranas produzidas. Na concentração de 15% e 20% de polisulfona pura, as membranas não possuem poros ou possuem poros muito pequenos, o que exige pressões elevadas para obter fluxos mais altos de água. A aplicação de lignina aumentou a porosidade da superfície das membranas produzidas com 15% m/m e 20%m/m de PSU, variando a concentração de lignina em 5 e 15% da massa do polímero. A avaliação da superfície das membranas foi feita por microscopia eletrônica de varredura e pela medição do ângulo de contato, sendo possível destacar incremento na porosidade das membranas produzidas com lignina como aditivo. O fluxo de água nas membranas aditivadas com lignina, apresentou valores acima de 350 Lm-2h -1 para 15% m/m de polisulfona e maiores que 60 Lm-2h -1 para concentração de 20% m/m do polímero. Para avaliar a seletividade das membranas, foi analisada a rejeição de ferro presente na água, conseguindo valores de 70 até 100% de remoção, nos fluxos de água mencionados. Os resultados apontaram que as membranas apresentaram fluxo e permeância hidráulica, comparados a ultrafiltração e nano filtração, assim a lignina se apresenta como uma opção renovável para aditivos formadores de poros em membranas assimétricas

Abstract: The present work aims to evaluate the influence of lignin on the formation of asymmetric membranes, for use in ultrafiltration and nanofiltration water systems. The Flat-sheets membranes were produced with polysulfone (PSU) and N-methylpyrrolidone (NMP), and additivity with lignin, as porogenic agents, without the need for conventional organic additives. The membranes were produced using the phase inversion method by immersion in water (NIPS), a method that presents the possibility of changing the morphology of the membranes to obtain membranes with high permeability and selectivity to solutes present in water. The influence of viscosity in solutions with lignin as an additive was considered to reduce defects in the membranes produced. At concentrations of 15 wt% and 20 wt% of pure polysulfone, the membranes do not have pores, or have very smalls pores, which requires high pressures to obtain higher permeate water fluxes. The application of lignin increased the surface porosity of the membranes produced with 15 wt% and 20 wt% PSU, varying the lignin concentration by 5 and 15% of the polymer mass. The evaluation of the surface of the membranes was carried out by scanning electron microscopy and by measuring the contact angle, making it possible to highlight an increase in the roughness of the membranes produced with lignin. The water flow in membranes added with lignin presented values above 350 Lm-2h -1 for 15 wt% polysulfone and greater than 60 Lm-2h -1 for a concentration of 20 wt% of the polymer. To evaluate the selectivity of the membranes, the rejection of iron present in the water was analyzed, achieving values of 70 to 100% removal, in the mentioned water flows. The results showed that the membranes presented flow and hydraulic permeance, compared to ultrafiltration and nano filtration, thus lignin presents itself as a renewable option for pore-forming additives in asymmetric membranes