Desenvolvimento de membranas com baixos custo e potencial de incrustação a partir de membranas de osmose inversa em final de vida, incorporando óxido de grafeno e prata
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Fabrício Eduardo Bortot Coelho
Tânia Lúcia Santos Miranda
Tânia Lúcia Santos Miranda
Resumo
A escassez hídrica, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), é caracterizada pela inadequação entre a demanda crescente por água e a disponibilidade limitada desse recurso essencial, que pode não ser atrelada diretamente ao volume disponível, já que um corpo hídrico pode ter volume suficiente para suprir uma população, entretanto seu estado pode inviabilizar sua utilização. Um dos contaminantes que podem ser destacados no território brasileiro é a atrazina que, no território brasileiro, possui concentrações de atrazina ultrapassando até 5 vezes o limite imposto na Portaria GM/MS nº 888/2021. Nessa perspectiva destacam-se os processos de separação por membranas devido a sua robustez e capacidade de tratar águas em diferentes qualidades a depender dos usos previstos. O aumento exponencial da demanda por tecnologias de membranas no tratamento de água representa um avanço significativo na busca por soluções eficazes para a escassez hídrica, implicando também no desafio crescente do descarte adequado desses materiais. Assim, métodos para extensão de tempo de vida são explorados como a reciclagem química e o recobrimento utilizando nanomateriais para aprimorar o desempenho de tratamento. Nesse contexto, o presente trabalho pretende utilizar uma metodologia de baixo custo para reaproveitar membranas de osmose inversa em final de tempo de vida, reciclando e recobrindo-as com óxido de grafeno e nanopartículas de prata. O projeto pretende avaliar o potencial das membranas com sua utilização no tratamento de águas deionizada e de rio contaminadas por atrazina, adequando ao limite de potabilidade da Portaria GM/MS nº 888/2021, do Ministério da Saúde. As membranas foram analisadas por FTIR para avaliar a mudança de estrutura da superfície na reciclagem e demonstraram remoção da camada de Poliamida com o método. Para a síntese de nanopartículas, as amostras foram analisadas por MET/EDS e demonstraram tamanho mais frequente em 2 nm, com a composição de prata cristalina. Quanto ao recobrimento, foram analisadas a permeabilidade e rejeição de atrazina, em que as membranas de ultrafiltração possuíram queda na permeabilidade e as de nanofiltração possuíram aumento na permeabilidade. Em relação a rejeição, as membranas possuíram melhoria no tratamento do herbicida e, no caso da água de rio, foram capazes de adequar o contaminante ao limite de potabilidade. A atividade antimicrobiana das membranas foi analisada por disco-dispersão e testes de microgota, demonstrando completa ausência de E. coli nas amostras em contato com as membranas recobertas. A metodologia foi avaliada quanto a sua viabilidade econômica, demonstrando valores próximos da compra de módulos comerciais e proporcionando extensão do tempo de vida para módulos já utilizados com a fabricação de membranas com maior potencial de remoção de contaminantes e maior resistência a ação microbiana.
Abstract
Water scarcity, according to the National Water Agency (ANA), is characterized by the imbalance between the growing demand for water and the limited availability of this essential resource. This scarcity may not be directly related to the volume of water available, as a water body may have sufficient volume to supply a population, but its quality may render it unusable. One of the contaminants that can be highlighted in Brazilian territory is atrazine, which has been found in concentrations up to five times higher than the limit established by Ordinance GM/MS No. 888/2021. In this context, membrane separation processes stand out due to their robustness and ability to treat water of varying qualities depending on its intended use. The exponential increase in demand for membrane technologies in water treatment represents a significant advancement in the search for effective solutions to water scarcity, while also posing the growing challenge of proper disposal of these materials. Thus, methods to extend their lifespan, such as chemical recycling and coating with nanomaterials to enhance treatment performance, are being explored. In this context, the present study aims to use a low-cost methodology to reuse end-of-life reverse osmosis membranes by recycling and coating them with graphene oxide and silver nanoparticles. The project intends to evaluate the potential of these membranes for treating deionized water and river water contaminated with atrazine, ensuring compliance with the potability limits set by Ordinance GM/MS No. 888/2021 of the Ministry of Health. The membranes were analyzed using FTIR to assess changes in surface structure during recycling, demonstrating the removal of the polyamide layer with the proposed method. For nanoparticle synthesis, the samples were analyzed using TEM/EDS, revealing a most frequent size of 2 nm and a composition of crystalline silver. Regarding the coating, permeability and atrazine rejection were analyzed. Ultrafiltration membranes showed a decrease in permeability, while nanofiltration membranes exhibited an increase. In terms of rejection, the membranes demonstrated improved treatment of the herbicide, and in the case of river water, they were able to reduce the contaminant to within the potability limit. The antimicrobial activity of the membranes was analyzed using disk-diffusion and microdroplet tests, showing a complete absence of E. coli in samples in contact with the coated membranes. The methodology was evaluated for economic feasibility, demonstrating costs close to those of commercial modules and extending the lifespan of used modules by producing membranes with greater contaminant removal potential and enhanced resistance to microbial activity.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Água - Tratamento, Atrazina, Membranas (Tecnologia), Osmose, Nanopartículas
Palavras-chave
Reciclagem de membranas, Recobrimento com nanomateriais, Natureza antimicrobiana, Tratamento de atrazina, Potabilização de águas de rio