O que é nanofiltração?

Um desenvolvimento relativamente recente em processos de membrana, Ken Sutherland analisa o campo em rápida expansão da nanofiltração, suas características e suas aplicações.

O pano de fundo da nanofiltração

O surto de filtração e atividades relacionadas à filtração que se seguiu ao desenvolvimento do processo de inversão de fase para a fabricação de membranas poliméricas, no início dos anos 1960, levou ao estabelecimento de três processos de separação por membrana: osmose reversa, ultrafiltração e, mais recentemente, microfiltração. Esses processos levaram o espectro de separação do limite do ponto de corte tradicional da filtração padrão de cerca de 0,01 mm (10 μm) aos sólidos distintos mais finos, com alguns nanômetros de tamanho, e permitiram a separação de moléculas grandes da solução. As faixas de tamanho reais variam um pouco de fonte para fonte, mas há um consenso geral de que a microfiltração cobre a faixa de 10 μm até 0,1 μm, enquanto a ultrafiltração cobriu 0,1 μm até 0,005 μm (5 nm) em termos de partículas discretas ou corte de peso molecular -Off (MWCO) de 300.000 para cerca de 300 Daltons para materiais dissolvidos. A osmose reversa, é claro, foi projetada para reter a pequeníssima molécula de cloreto de sódio, o que significava não deixar passar nada além de água.

Essas faixas de tamanho pretendidas, na verdade, ainda deixaram uma lacuna em sua cobertura na extremidade inferior daquela para ultrafiltração (em torno de 100 a 300 Daltons). O desenvolvimento da membrana foi bastante rápido durante as décadas de 1970 e 1980, levando a um processo de membrana de "RO solto", que recebeu o nome de "nanofiltração" no final da década de 1980.

Nesse sentido, então, a nanofiltração é um desenvolvimento bastante recente na gama de processos de separação por membrana, que leva na extremidade superior (em termos de tamanho de separação) da osmose reversa e na extremidade inferior da ultrafiltração, cobrindo valores de MWCO de 100 a 1000 Daltons. Ele lida com materiais que são dissolvidos em um líquido, e não com partículas distintas suspensas no líquido. A separação entre soluto e solvente ocorre por difusão das moléculas do solvente através da massa do material da membrana, impulsionada principalmente por uma alta pressão transmembrana, e não por qualquer orifício físico (poro) na membrana. Algumas das moléculas do soluto também podem se difundir através da membrana, seja pela intenção do projetista do processo ou porque o soluto tem um coeficiente de difusão finito (embora muito pequeno) no material da membrana.

A principal diferença entre a nanofiltração e a osmose reversa é que a última retém sais monovalentes (como o cloreto de sódio), enquanto a nanofiltração permite que eles passem e retém sais divalentes, como o sulfato de sódio. Robert Peterson, em seu prefácio para Elsevier's Nanofiltration – Principles and Applications, descreve a osmose reversa (especialmente no ramo de tratamento de água) como o prato principal, talvez o bife, de uma refeição, enquanto a nanofiltração "é como a carta de vinhos... criatividade e exploração".

Os parágrafos anteriores descreveram as origens e a natureza do processo geralmente aceito chamado nanofiltração, que é uma separação de fase líquida removendo sólidos dissolvidos, realizada por meio de membranas, com uma pressão transmembrana relativamente alta. No entanto, o progresso de grande parte do negócio de filtragem está sendo impulsionado por demandas por pontos de corte cada vez mais finos, tanto na filtragem de líquidos quanto de gases, e essas demandas agora estão sendo atendidas pelo uso de fibras mais finas correspondentes para fazer o meio filtrante. Cada vez mais, essas fibras têm diâmetros significativamente menores que um micrômetro e, portanto, são medidas em nanômetros e estão se tornando comumente conhecidas como nanofibras. Estes são usados ​​para fazer meios de filtro compostos, com uma teia de nanofibras apoiadas em um substrato mais grosso.

A filtração muito fina que pode ser alcançada com esses meios de nanoweb está levando o processo de separação que é efetivamente microfiltração a pontos de corte muito mais baixos. Os materiais também estão sendo referidos como membranas, embora sejam muito diferentes em formato da folha de plástico semipermeável ainda mais comumente considerada quando as membranas são mencionadas. É digno de nota que, no 10º Congresso Mundial de Filtração (em 2007), de um total de quase 250 artigos separados e 85 apresentações de pôsteres, havia 12 sobre nanofiltração e 14 sobre nanofibras como meio filtrante.