Síntese e aplicação de membranas contendo nanopartículas de prata para a desinfecção de efluentes - Ferreira, Aline Marques (UFRJ, 2016)
[pt] Os processos de separação com membranas se constituem como uma tecnologia bem consolidada e com vantagens como facilidade de operação, baixa demanda energética, alto desempenho nas separações e simplicidade de escalonamento. O processo de microfiltração (MF) possui destaque na desinfecção de águas e efluentes, no entanto, possuem fatores limitantes como biofouling. Para minimizar esse problema, além de promover a desinfecção de efluentes, associam-se as propriedades da MF às estabelecidas vantagens da nanotecnologia, relativas à maior área superficial desta escala. Neste cenário, as nanopartículas de prata (AgNps) possuem papel importante devido a sua propriedade bactericida e este trabalho visa a síntese e aplicação de AgNps em membranas de MF para desinfecção de efluentes, com aplicação em sistemas de biorreatores a membranas (BRM),por exemplo. Este trabalho avalia metodologias de fixação das AgNps na matriz polimérica para que o efeito biocida seja prolongado. As membranas de MF foram preparadas pela técnica de inversão de fases por imersão-precipitação e a síntese de AgNps foi promovida pela redução química de sais de prata e pela técnica de sputtering. A partir da metodologia de redução química foi possível sintetizar AgNps em torno de 15 nm e estáveis até 216 horas de avaliação e a técnica de sputtering promoveu a síntese de AgNps em torno de 80 nm. As membranas impregnadas com AgNps pela rota de redução química possuem permeabilidade hidráulica de 5446,6 L.h-1.m-2.bar-1e foram avaliadas quanto ao halo de inibição para a bactérias Pseudomonasaeruginosa obtendo halos de inibição em torno de 0,7 e 0,9 cm de diâmetro. Quando estas membranas foram reticuladas por associação H2O2/UV apresentaram menores perdas de AgNps quando imersas em água desmineralizada para as condições de 170 mg.L-1 de H2O2 por 24 h de UV e 1700 mg.L-1 de H2O2 por 7,5 h de UV.Estas membranas possuem 99% de remoção de coliformes totais de um efluente industrial após 168 horas de imersão em água desmineralizada para a remoção de AgNps não fixadas na matriz polimérica. As AgNps sintetizadas pela técnica de sputtering não apresentaram perda de AgNps ao longo de 336 h de imersão em água desmineralizada e permeabilidade hidráulica de 6220,4L.h-1.m-2.bar-1, além de 94,8% de remoção de coliformes totais. Desse modo, as duas metodologias de impregnação de AgNps em membranas de MF se caracterizam como promissoras para a aplicação em sistemas de BRM devido ao seu caráter biocida, eficiências elevadas na desinfecção de efluentes e alto fluxo de permação.[en] Membrane separation processes are a well-established technology and have advantages such as ease of operation, low energy demand, high performance separations and simplicity scaling. The process of microfiltration (MF) shows highlight in the disinfection of water and wastewater, however, has limiting factors as biofouling. To minimize this problem, and promote disinfection of effluent, the properties of the MF are associates with advantages of nanotechnology established for the largest surface area of this scale. In this context, the silver nanoparticles (AgNps) play an important role due to its bactericidal property and this work aimed at the synthesis and application of AgNps in MF membranes for the disinfection of effluents with application in membrane bioreactor (MBR) system, for example. This study aims to evaluate the AgNps fixation methods in the polymer matrix for the prolonged biocidal effect. MF membranes were prepared by phase inversion technique via immersion and precipitation and the AgNps synthesis is promoted by chemical reduction of silver salts and the sputtering technique. The chemical reduction method synthesized AgNps around 15 nm and stable until 216 hours of evaluation and sputtering technique promoted AgNps synthesis around 80 nm. The impregnated membranes with AgNps by chemical reduction route have hydraulic permeability of 5446.6 L.h-1.m-2.bar-1 and were evaluated for inhibition zone for Pseudomonas aeruginosa and give inhibition halos around 0.7 and 0.9 cm in diameter. When these membranes were cross-linked by association H2O2/UV showed smaller AgNps losses in conditions of 170 mg.L-1 H2O2 for 24 h of UV and 1700 mg.L-1 H2O2 for 7.5 h UV.These membranes have 99% removal of coliforms an industrial effluent after 168 hours of immersion in water for removing AgNps not fixed in the polymer matrix. The AgNps synthesized by the sputtering technique showed no loss AgNps over 336 hours of immersion in water and hydraulic permeability of 6220.4 L.h-1.m-2.bar-1 and 94.8% removal of total coliforms. Thus, the two AgNps impregnation methodologies in MF membranes are characterized as promising for application to BRM systems due to its biocidal character, high efficiencies for the disinfection of effluents and high permeate fluxes.