Modification of inorganic membranes and their use in the separation of volatile organic compounds through the pervaporation technique.

A pervaporação tornou-se um processo de separação bastante atraente nos últimos tempos, principalmente apos a descoberta de novas membranas. Mas, para que se possa projetar e otimizar sistemas de pervaporação, e imprescindível a obtenção de membranas que possuam estabilidade térmica e química, que sejam seletivas e permeáveis. Neste trabalho utilizou-se dois tipos de membranas cerâmicas: membranas de alumina e zircônia. Estas membranas passaram por um processo de modificação com o objetivo de torna-las densas e permeáveis, para isto foram utilizados dois polímeros: o polidimetilsiloxano e o polimetacrilato de metila, e para comprovar essa modificação foram realizados testes de FTIR. Com o sistema de pervaporação montado e feita a modificação nas membranas, foram realizados os testes de pervaporação usando na alimentação soluções de etanol-água e de isopropanol-água. Foi observado que tanto a membrana de alumina modificada por PDMS, como as membranas de zircônia modificadas por PDMS e PMMA apresentaram-se com características hidrofílicas, ou seja, com afinidade pela água. Todas as membranas apresentaram fluxos permeados crescentes a medida que aumentava-se a concentração de água na solução de alimentação. Para a membrana de alumina modificada por PDMS utilizando etanol com concentrações de 95%, 48% e 23% foi obtido os respectivos fluxos; 3,3; 5,6 e 10,4 Kg.h'Vm"2. Utilizando o isopropanol com concentrações de 95%, 53% e 33% em peso, os fluxos permeados foram os seguintes: 1,3; 1,6 e 3,8 Kg.h'Vm"2. Para a membrana de zircônia modificada pelo PDMS e utilizando o etanol na alimentação com concentrações 95%, 52% e 30% em peso foi obtido os respectivos fluxos permeados; 3,8; 8,8 e 8,7 Kg.h'Vm"2. Utilizando na alimentação concentrações de 95%, 48% e 26% de isopropanol em peso, os fluxos permeados foram respectivamente 5,3; 7,8 e 9,8 Kg.h'Vm"2 Para a membrana de zircônia com deposição do filme polimérico de PMMA e utilizando na alimentação etanol com concentrações de 95%, 48% e 27% em peso foi obtido os respectivos fluxos; 2,9; 4,6 e 7,6 Kg.h"\m"2 . Utilizando na alimentação concentrações de 95%, 38% e 17% de isopropanol em peso, os fluxos permeados foram respectivamente 4,7; 5,6 e 6,3 Kg.h"1.m"2. As membranas de alumina modificadas pelo PDMS apresentaram-se bastante seletivas a água, apresentando seletividades em torno de 200. 0 mesmo comportamento ocorreu para a membrana de zircônia com deposição polimérica do PMMA. No entanto, para a membrana de zircônia modificada pelo PDMS, a membrana não mostrou-se seletiva a nenhum componente da alimentação, isto ocorreu devido a fissuras apresentadas na membrana de zircônia como foi observado através da microscopia eletrônica de varredura.The pervaporation became an atractive separation process in the last years, mainly after the discovery of new membranes. However, to project and improve pervaporation system is important to develop membranes with a good thermaland chemical estability and high selectivities and permeabilities. In this work it was used two types of ceramic membranes: alumina and zirconia membranes. These membranes was submited to a modification process with the aim to became dense and permeable. It was used two polymers: polydimethylsiloxane and polymethylmetacrilate. It was used infra-red spectroscopy to confirm the presence of the siloxane on the surface of the membrane. After the modification of the membranes it was a pervaporation system to measure the selectivity and flux of the membranes by using mixtures of ethanol-water and isopropanol-water as a feed solution. It was observed after alumina membranes modifications with PDMS and zirconia membrane modification with PDMS and PMMA both membranes presents hydrophilic characteristics, i.e., with water afinity. All membranes showed an increasing in the flux with the increasing of water content in the feed solution. To alumina membrane modified by PDMS and using ethanol with 95%, 48% and 23% in concentration, it was observed flux of 3.3, 5.6 and 10.4 Kg.h"1.m"2, respectively. For isopropanol with 95%, 53% and 33% in concentration, the flux were 1.3, 1.6 and 3.8Kg.h"1.m'2, respectively. For zirconia membrane modified by PDMS and using ethanol as a feed solution with 95%, 52% and 30% in concentration, it was obtained a flux of 3.8, 8.8 and 8.7Kg.h~1.m"2, respectively. For isopropanol with 95%, 48% and 26% in concentration, it was obtained flux of 5.3, 7.8 and 9.8Kg.h"1.m"2, respectively. For zirconia membrane treated with PMMA and using ethanol as feed solution with 95%, 48% and 27% in concentration it was obtained a flux of 2.9, 4.6 and 7.6 Kg.h"1.m"2, respectively. For isopropanol with 95%, 38% and 17% in concentration it was obtained flux of 4.7, 5.6 and 6.3 Kg.h'Vm"2, respectively. Alumina membranes modified by PDMS presented high selectivity to water in relation to ethanol, with value of 200. The same behavior was obtained to zirconia membrane modified by PMMA. For zirconia membrane modified by PDMS it was observed no selectivity for ethanol-water and isopropanol-water. This happen due to some cracking found on the zirconia surface by scanning electron microscopy