Desenvolvimento e caracterização de membranas de remoção de compostos de arsénio em água

Abstract

Os compostos de arsénio (As) em águas residuais são uma importante fonte de poluição e de doenças graves, com especial impacto em determinados países, como Índia, Bangladesh ou Estónia. Atualmente existe legislação imposta pela Organização Mundial de Saúde que delimita a concentração máxima de arsénio em águas residuais em 10 μg/L. As membranas poliméricas tem sido um processo alvo de intenso estudo no que diz respeito à remoção de contaminantes químicos e obtenção de água potável, pois permitem uma remoção rápida, simples e eficiente. Neste contexto, o poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) é um polímero com grande interesse como membrana de filtração devido à sua estabilidade térmica, mecânica, hidrolítica e resistência química. No entanto, as membranas comerciais já existentes apresentam certas desvantagens, como a colmatação, a baixa eficiência ou o elevado custo. Este trabalho centrou-se na preparação de membranas poliméricas de poli(fluoreto de vinilideno – hexafluoropropileno) (P(VDF-HFP)) com nanopartículas ativas específicas de hidróxido de alumínio (bayerite), utilizando-se razões alumínio/arsénio de 100/1, 250/1, 500/1, 1000/1 e 1500/1. A incorporação da bayerite aumenta a afinidade das membranas, a seletividade para o arsénio, além de ajudar a resolver problemas de fouling. Este trabalho teve como principais objetivos preparar membranas poliméricas de P(VDF-HFP), caracterizar essas mesmas membranas quanto às suas propriedades estruturais, morfológicas, térmicas e mecânicas e testar a sua eficiência na remoção de arsénio da água. Os resultados obtidos mostram que a incorporação de bayerite na membrana polimérica resulta no reforço das propriedades estruturais, morfológicas e mecânicas das mesmas. Os resultados do estudo de adsorção de arsénio mostram uma eficácia máxima de 38,5 % para a membrana 5 % 500/1. Os resultados do estudo da remoção de arsénio indicam a existência de uma quantidade “ótima” de bayerite incorporada na membrana, expressa na membrana 5 % 250/1 com 16,0 % de remoção, para a qual acima e abaixo dessa quantidade a eficiência de remoção diminui. Os resultados mostram também que o tempo de contacto entre a membrana e o arsénio tem influência na eficácia de remoção do mesmo, pois resulta num aumento de eficácia de 36,0 % na membrana 5 % 500/1. Os resultados mostram que as membranas de P(VDF-HFP)/bayerite preparadas são adequadas para desenvolver sistemas de filtração para a remoção de arsénio na água. Além disso, as membranas preparadas representam uma plataforma de desenvolvimento para a preparação de novas membranas para remoção de outros poluentes.

Arsenic (As) compounds in wastewater are a major source of pollution and serious diseases, with special impact in certain countries, such as India, Bangladesh or Estonia. Currently there is legislation imposed by the World Health Organization which defines the maximum arsenic concentration in wastewater in 10 μg/L. Polymeric membranes havs been a subject of intense study regarding to the removal of chemical contaminants to obtain drinking water, because it allows a quick, simple and efficient removal. In this context, poly (vinylidene fluoride) (PVDF) is a polymer of great interest as membrane filter due to its thermal stability, mechanical, chemical and hydrolytic resistance. However, existing commercial membranes have certain disadvantages, such as fouling, low efficiency and high cost. This work was focused on the preparation of polymeric membranes of poly (vinylidene fluoride - hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) with specific active nanoparticles of aluminum hydroxide (bayerite), using aluminum/arsenic ratios of 100/1 , 250/1, 500/1, 1000/1 and 1500/1. The incorporation of bayerite increases the affinity of the membrane, the selectivity for arsenic and helps to solve fouling problems. The main objectives of this work are to prepare polymeric membranes of P(VDF-HFP)/bayerite, characterize in what concerns their structural, morphological, thermal and mechanical properties and test their efficiency regarding arsenic removal from water. The results obtained show that the incorporation of bayerite in polymer membrane results in strengthening of the structural, morphological and mechanical properties. The arsenic adsorption study show a maximum efficiency of 38.5 % for membrane 5% 500/1. Regarding, the arsenic removal the “optimal” quantity of bayerite incorporated is in the membrane 5 % 250/1 with 16.0 % of removal, above and below that amount the efficiency of removal decreases. The results also show that the contact time between the membrane and arsenic influences the removing efficiency, as it results in 36.0 % efficiency increase in the membrane 5 % 500/1. The membranes of P(VDF-HFP)/bayerite are suitable for developing filtration systems for water arsenic removal. Furthermore, the prepared membranes represent a platform for further developments on water pollutants removal.