A tecnologia de osmose reversa (OR) tem atraído muita atenção devido à sua ampla aplicabilidade na dessalinização de água salobra e do mar. As membranas de osmose reversa de poliamida (PA) de filme fino composto (TFC), constituídas por uma camada de separação densa e uma camada de suporte porosa, têm sido os principais produtos nesta área. No entanto, a baixa permeabilidade das membranas de OR de PA e a incrustação das membranas de osmose reversa TFC limitam o uso generalizado das membranas de OR de PA TFC.
A síntese de membranas nanocompósitas tem se mostrado um excelente método para combinar as vantagens de nanomateriais poliméricos e inorgânicos. As características naturais das membranas de osmose reversa podem ser aprimoradas pelo ajuste fino da composição e da estrutura. Por exemplo, a hidrotalcita (HT) foi dispersa em uma solução aquosa e incorporada à matriz de poliamida (PA) na etapa de polimerização interfacial para criar canais de transporte de água.
As membranas resultantes exibem alta seletividade de permeabilidade e maior fluxo de água sem sacrificar a repelência ao sal. Além disso, a modificação da membrana, incluindo a incorporação de nanopartículas, revestimento superficial e enxertia, demonstrou ser uma abordagem eficaz para prevenir a bioincrustação. Dentre essas técnicas, a enxertia de agentes anti-incrustantes em nanopartículas incorporadas na matriz de PA é uma excelente estratégia para conferir propriedades anti-incrustantes às membranas de osmose reversa sem danificar a matriz de PA.
As nanopartículas de HT são ricas em grupos hidroxila, que podem reagir com os grupos siloxi dos agentes de acoplamento de silano para promover a enxertia anti-incrustante. Portanto, uma nova membrana de osmose reversa TFC com alta seletividade e propriedades anti-incrustantes pode ser obtida utilizando nanopartículas de HT como dopantes na camada de PA e enxertando agentes de acoplamento de silano contendo grupos funcionais anti-incrustantes na superfície da membrana.
O Prof. Wang Jian, do Instituto de Dessalinização e Utilização Integrada de Água do Mar, o Prof. Ma Zhong, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Shandong, e a Dra. Tian Xinxia, da Academia Chinesa de Ciências, inspirados pelas características das nanopartículas de HT e dos agentes de acoplamento de silano contendo sais de amônio quaternário, e membros de sua equipe, têm se empenhado no desenvolvimento de um novo tipo de membrana de osmose reversa com alto desempenho estável a longo prazo, melhorando simultaneamente a seletividade de permeabilidade e a resistência à incrustação.
O trabalho deles melhorou significativamente o desempenho das membranas de osmose reversa TFC PA e forneceu valiosas orientações técnicas para o futuro da dessalinização da água do mar. O estudo foi publicado na revista Frontiers of Environmental Science & Engineering.
Neste estudo, nanopartículas de Mg-Al-CO3 HT foram incorporadas em uma camada de PA por dispersão em solução orgânica durante a polimerização interfacial. A inclusão de HT desempenha um papel duplo, aumentando o fluxo de água e servindo como sítio de enxertia. A inclusão de HT aumentou o fluxo de água sem comprometer a rejeição de sal, compensando as perdas causadas pela subsequente reação de enxertia. A superfície exposta do HT serve como sítio de enxertia para o agente anti-incrustante cloreto de dimetiloctadecil[3-(trimetoxisilil)propil]amônio (DMOT-PAC).
A combinação da incorporação de HT e do enxerto de DMOTPAC confere às membranas de osmose reversa alta seletividade de permeabilidade e propriedades anti-incrustantes. O fluxo de água da PA-NT-0,06 foi de 49,8 l/m²·h, o que representa um aumento de 16,4% em relação à membrana original. O grau de rejeição de sal da PA-HT-0,06 foi de 99,1%, comparável ao da membrana original. Em relação à contaminação por lisozima, um composto com carga negativa, a recuperação do fluxo aquoso da membrana modificada foi superior à da membrana original (por exemplo, 86,8% para PA-HT-0,06 versus 78,2% para PA-original). O grau de atividade bactericida da PA-HT-0,06 contra Escherichia coli e Bacillus subtilis foi de 97,3% e 98,7%, respectivamente.
Este estudo é o primeiro a relatar a formação de ligações covalentes entre nanopartículas de DMOTPAC e HT incorporadas em matrizes de PA para produzir membranas de osmose reversa com alta seletividade de permeabilidade e propriedades anti-incrustantes. A incorporação de nanopartículas integradas e o enxerto de grupos funcionais permitem o desenvolvimento de membranas de osmose reversa com alta seletividade de permeabilidade e propriedades anti-incrustantes.
Informações adicionais: Xinxia Tian et al., Preparação de uma membrana de osmose reversa com alta seletividade e propriedades anti-incrustantes para dessalinização de água do mar, Frontiers in Environmental Science and Engineering (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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Data da publicação: 04/01/2023