AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE MEMBRANAS PLANAS DE PEUAPM/PEAD/AGENTE POROGÊNICO DESTINADAS A SEPARAÇÃO DE EMULSÕES ÁGUA/ÓLEO

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1 AVALIAÇÃO DO DESEPENHO DE EBRANAS PLANAS DE PEUAP/PEAD/AGENTE POROGÊNICO DESTINADAS A SEPARAÇÃO DE EULSÕES ÁGUA/ÓLEO Pdro Ítalo Vil Olivira1, Er Hnriqu Colho Frrira2, Luís Rivaldo orira Alvs1, Romulo Charls Nascimnto Lit2, Laura Hckr Carvalho2 1 Univrsi Fral Campina Gran, Uni Acadêmica Engnharia cânica pdrovilngptrolo@gmail.com 2 Univrsi Fral Campina Gran, Uni Acadêmica Engnharia atriais RESUO Eflunts olosos industriais gram sérios nos ao mio ambint. Rmovr o ólo sss flunts é gran importância. Uma s mais populars formas tratamnto flunts é a sparação por mmbranas. As mmbranas PEUAP stinam-s a rmoção pqunas quantis ólo mulsionado m água. As propris do PEUAP prmitm a confcção mmbranas por sintrização. Est trabalho stu o fito adição um agnt porogênico (NaCl) um modificador strutura (PEAD) na porosi mmbranas planas PEUAP. Os fitos concntração do NaCl no fluxo do prmado na sparação mulsõs ólo m água através s mmbranas foram avaliados. As mmbranas não modificas aprsntam uma strutura porosa com acomoção não uniform dos grãos com maior spaçamnto vazios. A adição do sal promovu uma maior fusão dos grãos PEUAP, não aprsntando grans altraçõs no fluxo dos prmados. A adição 1% PEAD promovu maior aproximação do PEUAP uma maior rdução no tamanho dos poros sm promovr a obstrução, rsultando m fluxos prmados supriors. As mmbranas obtis foram caractrizas por EV, O, mdis prmabili do smpnho m scala banca trminação concntração ólo. Sgundo o CONAA, a concntração máxima ólo prmiti para qu águas olosas scartas é 2 mg/l para ólos minrais. Tos as amostras analisas atnram ssas xigências. Est studo mostrou-s um método simpls, ficint conômico para incrmntar o smpnho mmbranas planas PEUAP utilizas na sparação ólo/água. Palavras-chav: mmbranas PEUAP, NaCl, PEAD, sltivi, fluidos olosos. 1. INTRODUÇÃO m grans volums m muitos procssos industriais, inclusiv na produção ptrólo Consirávl atnção tm sido rfino ólo. As rfinarias ptrólo são para a scarga flunts olosos su gradors amplas quantis flunts impacto no mio ambint, spcialmnt à [NICODE t al., 1998]. A crscnt vi aquática, pois diminui a pntração ncssi do snvolvimnto procssos luz prturba o mcanismo transfrência sparação ólo/água mais ficazs, gra oxigênio. Rmovr ólo flunts é um principalmnt plas lgislaçõs ambintais important aspcto no control poluição ca vz mais rígis tm voltado à atnção várias indústrias [SRIFAROONRAT t al., para o uso mmbranas poliméricas. As 1999]. Água mistura com ólo é produzi tcnologias mmbranas têm sido bastant contato@conptro.com

2 difundis mprgas m divrsos stors tamanho poros do sistma aumnto industriais sltivi como: sparação gass, s mmbranas produzis. ssalinização águas, control missão Srão sinttizas mmbranas planas PEUAP/PEAD/Agnt poluição no tratamnto líquidos porogênico por contaminados rivados indústria sintrização. O PEAD (politilno alta alimntos, fabricação mtais, produtos nsi) têxtis indústrias química ptroquímica viscosi bastant lvas, porém, muito [AL-READHWAN, 25]. mnors do qu a do PEUAP. Sua strutura Vários studos mostram qu sforços no intuito grar molar química quival a do PEUAP, o qu garant sua compatibili,, sob a ação do minimizar ou impdir a poluição águas por calor, é capaz fluir lntamnt, ocupando ólo têm sido ralizados qu, mmbranas part dos spaços ntr os grãos PEUAP. mais baratas ficints, são importants As mmbranas planas obtis stinam- ncssárias. Nst sntido, é intrssant s à sparação mulsõs água/ólo são vrificar a viabili utilização um avalias m função do tor tipo carga agnt incorpora. na capazs massa porogênico produtos aprsnta prparação mmbranas porosas a bas PEUAP (politilno ultra alto pso molcular), um polímro hidrofóbico, pso molcular 2. ETODOLOGIA muito lvado, bastant rsistnt baixo 2.1. Pniramnto do NaCl custo. O NaCl foi pnirado m pnira malha Est projto tm como objtivo r ABNT 12 #2. O msmo foi colocado continui a studos antriors sobr a inicialmnt m stufa a 11 ºC/2 h, para confcção mmbranas tubulars pla rmoção umi. adição um modificador pó (PEAD Ialis) ao PEUAP [GOES LEITE, ; BELO LEITE, 215], assim como (sintrização) xpandir aprfiçoar os studos Prparo s mmbranas Os pós PEUAP (Braskm UTEC [[DANTAS, 212] sobr a adição um 34), PEAD (Ialis 5) NaCl (Vtc agnt porogênico (clorto sódio NaCl) P.A.) foram misturados m almofariz ntão na porosi mmbranas poliméricas moldos planas PEUAP, visando à rdução do prssão 5, t, utilizando-s prnsa uniaxial por comprssão, aplicando-s contato@conptro.com

3 a tmpratura ambint. Após mols, as icroscopia Eltrônica Varrdura mmbranas foram lvas ao forno pré- (EV) - As suprfícis s amostras foram aqucido a 2 ºC/9 min, ndo início a rcobrtas com ouro analisas m um sintrização. Dcorri a sintrização, o microscópio mol foi rtirado stufa, ixado rsfriar a Shimadzu molo SSX-55, oprando com tmpratura ambint as mmbranas foram voltagm 15 kv. icroscopia Ótica (O) rtiras. icroscópio LEICA 75 com câmra Dcorri a sintrização, o mol foi rtirado stufa, ixado rsfriar a CCD ltrônico lnts Prmabili varrdura, LEICA Sltivi rtiras. As amostras contndo NaCl, foram laboratório à tmpratura ambint prssõs lavas submrsas m água durant 24 h, constants. A célula para sparação (34,78 para promovr a lixiviação s partículas cm2) consist um suport para colocação NaCl ants srm utilizas. A Tabla 1 mmbrana contndo um ponto colta aprsnta a composição a codificação s abaixo mmbrana pontos ntra mmbranas planas produzis nst trabalho. saí horizontais através qual o líquido Tabla 1: mbranas obtis a 2 C/9 min. (água ou mulsão água/ólo) é carrado /1%PEAD /5%NaCl % NaCl 5 On: : mmbrana apnas com PEUAP. /1%PEAD: mmbrana pla mistura PEUAP + 1% PEAD; /5%NaCl: mmbrana obti pla mistura PEUAP + 5% NaCl. m s mbranas % PEAD 1 sistma mbutis. tmpratura ambint as mmbranas foram mbrana scala (Figura 1). O sistma é constituído por: rcipint contndo (EERSONTI o molo líquido, bomba S55JXJZ-678), célula sparação, manômtro duas válvulas rguladoras prssão (Figura 2) Prparo mulsão água/ólo Uma mulsão 1 ppm ólo lubrificant automotivo (Lubrax SL SAE 2W/5 - API SL) m água foi obti mantndo-s o sistma m agitação constant a 25 rpm/3 h. [Ptrus, 1997] Caractrização Figura 1: Esquma célula filtração. contato@conptro.com

4 A sltivi s mmbranas é mdi através capaci rjição ólo prsnt no flunt a sr tratado (Equação 3). R (%) = (Ca-Cp)/Ca [2] On: R é o coficint rjição; C a é a concntração soluto na alimntação; C p é a concntração soluto no prmado. Figura 2: Sistma filtração com ampliação célula filtração xposta abaixo. O líquido é sugado do rcipint, Dtrminação concntração ólo (étodo do Clorofórmio) Espctrofotômtro UV Visívl (UV-VIS através bomba rcirculação circulado Spctrophotomtrs SHIADZU), com pla célula sparação. O líquido scoa, comprimnto on 239 nm para as ntro do módulo, parallamnt à suprfíci concntraçõs 1 2 mg/l. mmbrana é rtornado para o tanqu alimntação do sistma, part prmia através mmbrana (fluxo transvrsal). A prssão transmmbrana é gra pla própria 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. icroscopia Eltrônica Varrdura (EV) válvula São aprsntas na Figura 3 as rguladora vazão o prmado é coltado. micrografias s áras transvrsais s A prmabili s mmbranas à água mmbranas obtis 2 C/9 min. Os ioniza à mulsão água/ólo foi avalia aumntos foram 2x. vazão rcirculação pla para prssão variando a 1 Kgf/cm 2. O fluxo mássico (J) líquido através s mmbranas foi trminado pla Equação 1. Est parâmtro prmit avaliar a quanti prmado qu atravssa a mmbrana por uni tmpo, m uma trmina ára, ou sja, o smpnho mmbrana: [1] On: V = volum; t = tmpo prmado A = ára mmbrana. contato@conptro.com

5 (/1%PEAD) promovu maior aproximação dos grãos PEUAP uma maior rdução no tamanho dos poros sm promovr a obstrução do poro. Obsrvaçõs similars, para mmbranas tubulars, foram obsrvas por [BELO LEITE, 215]. /1%PEAD 3.2. icroscopia Ótica (O) Na Figura 4 são aprsntados os O s s mmbranas planas obtis 2 C/9 min. /5%NaCl Figura 3: EV s s mmbranas obtis a 2 C/9 min. As mmbranas planas PEUAP aprsntaram uma strutura porosa htrogêna. O msmo comportamnto foi obsrvado para as mmbranas tubulars obtis por [GOES LEITE, 213; GOES LEITE, 214; BELO t al, 215]. Conform foi rlatado por Dantas, /1%PEAD [212], a adição do sal parc tr promovido maior fusão suprfíci mmbrana do PEUAP (/5%NaCl), on s prcb grãos achatados intrconctados. As mmbranas prparas sm a adição do PEAD () aprsnta uma strutura porosa com acomoção não uniform dos grãos com maior spaçamnto vazios. O fito adição 1% m pso PEAD /5%NaCl Figura 4: O s s mmbranas obtis a 2 C/9 min. Rforça-s a obsrvação formação um gran númro poros, com tamanho forma htrogênos distribuídos ao longo contato@conptro.com

6 to a suprfíci s mmbranas planas. Rsultados smlhants, para mmbranas tubulars, foram rportados por [GOES LEITE, 213; NUNES LEITE, 213; GOES LEITE, 214; BELO t al, 215]. Smlhantmnt ao obsrvado por [GOES & LEITE, 213; GOES & LEITE, 214; BELO t al., 215] para mmbranas tubulars, no corrr do tmpo análiss o fluxo prmado água 3.3. Prmabili Sltivi a partir 15 min opração, vido à s mbranas As stila tornando-s praticamnt constant Figuras 5 6 ilustram, hidratação s mmbranas. Houv um aumnto quanti do avaliação smpnho fluxo fluxo prmado através s mmbranas pla água stila mulsão através s adição do agnt modificador PEAD, lvando mmbranas obtis a 2 C/9 min. a crr qu as mmbranas modificas rspctivamnt, os rsultados aprsntam maior quanti poros ou 35 /1% PEAD /5% NaCl poros maiors [PONTES JUNIOR 215]. A 275 adição do PEAD facilita o carrgamnto a Fluxo (m³/dia m²) aproximação dos grãos PEUAP, formando um pscoço qu ocupa part dos spaços Tmpo do Prmado (min) Figura 5: dis fluxo água stila através s mmbranas obtis a 2 C/9 min. 35 /1% PEAD /5% NaCl ntr os grãos PEUAP, contribuindo por um lado para o fchamnto alguns poros, por outro, alguns grãos pom s slocar, rsultando m alguns poros maiors [BELO LEITE, 215]. As mmbranas modificas porogênico NaCl plo (/5%NaCl) agnt não Fluxo (m³/dia m²) 25 aprsntaram fluxos distintos amostra sm modificação (), vido provavlmnt ao arrast do sal contido nos poros Quanto ao nsaio prmabili Tmpo do Prmado (min) Figura 6: dis fluxo mulsão através s mmbranas obtis a 2 C/9 min. mulsão as mmbranas modificas pla adição do agnt modificador (/1%PEAD) sguiram a msma tndência aprsnta para o fluxo água. Ou sja, com a adição do contato@conptro.com

7 PEAD (/1%PEAD), notou-s a difrnça prcntual ólo rtido plas mmbranas na obtis a 2 C/9 min. sltivi smpnho quando comparas a amostra. Como já foi dito, ss fato v stá associado, por um lado a poros fchados, ou plo slocamnto alguns grãos, formando poros maiors. As mmbranas modificas plo agnt porogênico NaCl (/5%NaCl) aprsntaram fluxos muito distintos não amostra sm modificação () [DANTAS, Tabla 2: Concntração ólo após filtragm através s mmbranas obtis a 2 C/9 min (Concntração inicial ólo 1 mg/l). Concntração Ólo mbranas (mg/l) 3 R 6 R min (%) min (%) 3,94 96,6 3,6 96,94 /1%PEAD 3,7 96,3 1,91 98,9 /5%NaCl 3,78 96,22 2,87 97,13 R (%) - Coficint rjição 212]. Acrdita-s qu o créscimo obsrvado no fluxo do prmado através tos as mmbranas stja associado à rdução do tamanho médio poros suprficiais ao fnômno fouling, ou sja, ntupimnto dos poros provocado plo aumnto concntração gotículas ólo na intrfac mmbrana/solução [GOES, LEITE, 213; PONTES JUNIOR 215; GOES, LEITE, 214]. Sgundo a Rsolução n. 43/11 (211) do Conslho Nacional io Ambint CONAA, a concntração máxima ólo prmiti para qu águas olosas sjam scartas é 2 mg/l para ólos origm minral. A Tabla 2 mostra qu tos as amostras analisas atnm a ssas xigências, aprsntando rndimntos acima 95%. No qu diz rspito à ralização colta do prmado para avaliação, no tmpo 3.4. Dtrminação Concntração ólo (étodo do Clorofórmio) lv rdução na concntração ólo Para avaliar o potncial dos sistmas invstigados quantis na rmoção ólo 6 min, po-s obsrvar qu houv uma pqunas mulsionado (concntração inicial 1 mg/l) foram coltas amostras prmado m dois intrvalos tmpo: após 3 6 min opração. A Tabla 2 mostra os rsultados do algumas mmbranas, quando comparas com a msma amostra no tmpo 3 min. Uma s justificativas st fato é o fito polarização concntração, qu aumnta a possibili coalscência acúmulo s gotículas ólo sobr a suprfíci s mmbranas, causando obstrução suprficial rdução do tamanho dos poros mmbrana contato@conptro.com

8 o qu, consquntmnt lva a uma mlhor rsultando sltivi. Entrtanto, a ficiência supriors. Tal fato lva à concntração filtração ssas mmbranas foi controla partículas pla cama ólo forma na sua controlas mmbrana (/1%PEAD), suprfíci. amostras lvando a formação poros maiors do qu a aprsntaram um acréscimo na concntração amostra (), rsultando m maiors fluxos prmados. polarização concntração não foi tão Tos ólo, Como as acrdita-s mais qu o fito m do fluxos PEAD as m prmados rgiõs mmbranas não obtis xprssivo [GOES LEITE, 213; NUNES aprsntaram rndimntos rjição ólo LEITE, 213; GOES LEITE, 214]. acima 95%, rspitando a Rsolução n. 43/11 (211) do Conslho Nacional io Ambint - CONAA, cuja concntração 4. CONCLUSÕES máxima ólo prmiti para qu águas olosas sjam scartas é 2 mg/l para Foi possívl a obtnção mmbranas ólos origm minral. planas porosas PEUAP por sintrização Finalmnt, conclui-s qu st trabalho a 2 ºC por 9 min. As mmbranas não mostrou-s sr um método simpls, ficint modificas (sm a adição do PEAD /ou conômico para incrmntar o smpnho NaCl) aprsntam uma strutura porosa com mmbranas planas PEUAP utilizas na acomoção não uniform dos grãos com sparação ólo/água. maior spaçamnto vazios. A adição do sal promovu uma maior fusão dos grãos PEUAP, não 5. AGRADECIENTOS aprsntando grans altraçõs no fluxo dos prmados. Tais rsultados não atnram à Os autors agracm à Caps/PNPD xpctativa psquisa, uma vz qu não pla bolsa concdi a Lit, ao CNPq pla houv nnhuma munça significativa nos bolsa Produtivi m Psquisa a fluxos prmados. Carvalho, ao CNPq pla projto Univrsal O fito adição 1% PEAD concdia a Lit pla bolsa iniciação promovu maior aproximação dos grãos cintifica a Olivira Frrira, à Braskm PEUAP uma maior rdução no tamanho pla doação do PEUAP. dos poros sm promovr a obstrução do poro, contato@conptro.com

9 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Univrsi Fral Campina Gran, 215. PIBIC/CNPq/UFCG. AL-READHWAN, S. A. Wastwatr DANTAS,. J. L. Uso agnt minimization unr uncrtain oprational porogênico na prparação mmbranas conditions. porosas PEUAP. Campina Gran: Computr and Chmical Enginring, v. 29, p , 25. ALVES, T. S f. onografia (Graduação Otimização do smpnho mmbranas tubulars a bas Engnharia atriais) Univrsi Fral Campina Gran. PEUAP para sparação água/ólo. GOES, D. S.; LEITE, R. C. N. Campina Gran: f. onografia Efitos modificaçõs suprficiais s (Graduação Engnharia atriais) condiçõs sínts no smpnho Univrsi Fral Campina Gran. mmbranas tubulars PEUAP para APHA - Amrican Association, Stanrd Public thods Halth sparação for Congrsso mulsõs água/ólo, Iniciação X Cintífica xamination of watr and wastwatr, 16th PIBIC/CNPq/UFCG, Univrsi Fral Edition, ds. A. E. Grnbrg, R. R. Trussll Campina Gran, Brasil, p. 1-2, 213. and L. S. Clscri, p APHA, Washington, DC, GOES, D. S.; LEITE, R. C. N. Sínts caractrização mmbranas BELO, J. C. F.; FERREIRA, E. H. C.; LIA, I. N. L.; LEITE, R. C. N.; tubulars PEUAP/PEAD stinas a sparação mulsõs água/ólo: In: XI CARVALHO, L. H. Estudo do smpnho Congrsso Univrsi Fral Campina Gran, mmbranas stinas à sparação PEUAP/PEAD mulsõs Iniciação Cintífica 214. PIBIC/CNPq/UFCG. água/ólo. In: I Congrsso Nacional NUNES, R. A.; LEITE, R. C. N. Engnharia Ptrólo, Gás Natural Obtnção caractrização mmbranas Biocombustívis. Campina Gran, P. 1-7, planas PEBDL/Argila. X Congrsso 215. Iniciação Cintífica Univrsi Fral BELO, J. C. F.; LEITE, R. C. N. Sínts caractrização mmbranas tubulars PEUAP/PEAD stinas a Campina Gran. PIBIC/CNPq/UFCG213. PETRUS, J. C. C., Prparação, sparação mulsõs água/ólo Part II. modificação caractrização mmbranas In: XII Congrsso Iniciação Cintífica assimétricas para clarificação suco contato@conptro.com

10 frutas. Ts (Doutorado) m Engnharia Alimntos, UEC, Campinas, SP, PONTES JUNIOR, A. L. Influência s condiçõs sínts no smpnho mmbranas tubulars PEUAP/PEAD para sparação água/ólo. Campina Gran: f. onografia m snvolvimnto junto ao Programa Rcursos Humanos Agência Nacional do Ptrólo para o Stor Ptrólo Gás (PRH/ANP)/Dpartamnto Engnharia atriais UFCG, Campina Gran, 215. SRIFAROONRAT, P., JULIEN, E., AURELLE, Y., Journal of mbran Scinc, v. 159, p 11-2, AL-READHWAN, S. A., CRITTENDEN, B. D., LABABIDI, H.. S., Wastwatr minimization unr uncrtain oprational conditions, Comput. and Chm. Eng., volum 29, p , 25. NICODE, D. E., GUEDES, C. L. B., CORRÊA, R. J. Photochmistry of Ptrolum I: Systmatic Study of a Brasilian Intrmdiat Cru Oil. arin Chmistry, v.63, p.93-14, contato@conptro.com