Efeito do líquido iônico na formação de membranas de ultrafiltração de copoliimida com melhor rejeição de La3+

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8200 (2022) Citar este artigo

886 Acessos

2 Citações

3 Altmétrica

Detalhes das métricas

A ultrafiltração (UF) como um método de separação industrial amplamente utilizado com seleção ideal de materiais de membrana pode ser aplicada para extrair metais de terras raras de soluções diluídas formadas durante o processamento de lixo eletrônico por métodos hidrometalúrgicos. No presente trabalho, promissoras membranas UF de copoliimida foram preparadas usando [hmim][TCB] co-solvente líquido iônico (IL), que pode ser considerado uma alternativa ambientalmente amigável aos solventes convencionais. As membranas foram caracterizadas por ATR-FTIR, TGA, SEM e cálculos de química quântica. Uma diferença significativa na morfologia dessas membranas foi revelada por SEM de seções transversais de membrana; a membrana P84 tem estrutura semelhante a um dedo de substrato poroso em contraste com a estrutura esponjosa do substrato para a membrana P84/IL devido a uma maior viscosidade dinâmica da solução de fundição. Os parâmetros de transporte foram determinados em testes de ultrafiltração com água pura e solução aquosa de seroalbumina bovina. A adição de líquido iônico à solução de fundição P84 aumenta o desempenho da membrana. A capacidade de rejeição foi avaliada em relação ao La3+ na forma de complexo lantânio-alizarina (LAC) em solução aquosa de acetona. A membrana P84 preparada com IL apresentou alta rejeição (98,5%) em relação ao LAC, bem como uma produtividade significativa.

As técnicas de membrana com suas grandes vantagens sobre os métodos convencionais de separação são efetivamente usadas para resolver tarefas ambientais e industriais urgentes de purificação de soluções aquosas e separação de componentes de meios líquidos1,2,3,4,5. As técnicas de membrana requerem energia mínima e custos econômicos, são fáceis de operar, implementar e manter. A ultrafiltração (UF) moderna é constantemente desenvolvida e encontra sua aplicação nas indústrias alimentícia, farmacêutica, têxtil, papeleira e outras6,7,8. Processos de larga escala, como filtração em alta temperatura de óleos viscosos, purificação de água em reatores nucleares, catálise química, reações em fase gasosa e outros, requerem membranas UF que exibem não apenas alta permeabilidade, seletividade e boas propriedades mecânicas, mas também térmicas e estabilidade química9,10,11,12. Entre os materiais disponíveis comercialmente, os polímeros com unidades imida no esqueleto possuem em grande parte as propriedades acima, o que se deve à presença de anéis heterocíclicos e aromáticos rígidos em suas cadeias13,14,15,16,17,18,19,20 ,21,22,23. A copoliimida P84 (BTDA-TDI/MDI) é um produto da policondensação entre benzofenona-3,3',4,4'-dianidrido tetracarboxílico (BTDA) e 2,4-tolileno diisocianato/1,1'-metilenobis(4-isocianatobenzeno ) (80/20%) ; este poliheteroarileno comercialmente disponível exibe boas propriedades mecânicas, resistência química e baixa hidrofilicidade. A copoliimida P84 foi estudada como um material de membrana para nanofiltração24, separação de gases25,26 e pervaporação14,27,28,29,30.

O estudo das membranas P84 em processos de UF foi realizado em31,32,33,34. No trabalho34, os autores compararam a estrutura e as propriedades das membranas preparadas a partir de três poliimidas comerciais: P84, Matrimid e Torlon dependendo do solvente utilizado, N-metilpirrolidona (NMP) ou dimetilsulfóxido (DMSO). As membranas foram formadas pela técnica de inversão de fases usando água como coagulante. A membrana P84 obtida a partir da solução DMSO tinha uma estrutura porosa esponjosa, em contraste com a estrutura semelhante a um dedo da membrana obtida a partir da solução NMP. A diferença nas estruturas foi refletida nas propriedades de transporte das membranas de UF. Verificou-se que a membrana P84 obtida a partir de uma solução em NMP possuía as melhores propriedades de transporte.

As membranas poliméricas são comumente preparadas a partir de soluções à base de solventes apróticos polares, como NMP, DMSO, dimetilacetamida e dimetilformamida devido à sua afinidade química por um polímero; os solventes polares listados são altamente tóxicos para a saúde humana e para os ecossistemas. Líquidos iônicos (IL) fornecem uma alternativa ambientalmente amigável aos solventes convencionais35; Os LI são sais orgânicos que permanecem líquidos à temperatura ambiente, apresentam boas propriedades térmicas e químicas, baixa volatilidade e podem ser reciclados e reutilizados. O uso de tais solventes "verdes" minimizaria desperdícios e perdas em processos químicos36. Foi demonstrado em37 que o uso de tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazólio como aditivo (até 17% IL) na solução de poliétersulfona em DMF para a formação de membranas de UF leva a um aumento significativo no fluxo para uma solução aquosa solução de soroalbumina bovina e na taxa de recuperação de fluxo.