Novas membranas poliméricas compósitas para a remoção de poluentes químicos da água

Dissertação de mestrado em Ciências do Ambiente (área de especialização em Energia)O consumo de água com concentrações flúor (F-) fora dos níveis aconselhados pela Organização Mundial da Saúde (OMS) pode culminar no aparecimento de doenças graves como fluoroses dentária ou óssea atrasos cognitivos em crianças. Por este motivo a OMS aconselha os limites de concentração de flúor entre 0.5 e 1.0 mg/L para águas de consumo Humano. As membranas poliméricas têm vindo a ser alvo de investigação como possível solução para a remoção de contaminantes químicos e produção de água potável, no entanto os sistemas existentes no mercado apresentam alguns inconvenientes como o elevado custo e a baixa eficiência. Nesse sentido o poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e os seus copolímeros têm vindo a ser explorado como uma alternativa viável para a produção destes sistemas devido à sua estabilidade térmica e mecânica e resistência química. A incorporação de partículas adsorventes específicas nas suas estruturas apresenta-se também como uma alternativa de futuro para desenvolver sistemas de purificação de água eficazes. Deste modo, estudou-se a capacidade de remoção de F- de meios aquosos por parte de partículas de gibbsite (GIB), bayerite (BAY), zeólitos (NaY), montmorillonita (MMT) e hidroxiapatita (HA), bem como a influência de parâmetros como concentração, tempo de reação, temperatura e pH na eficiência da remoção. As partículas com melhor taxa de remoção de F- (MMT e HA) foram posteriormente imobilizadas em matrizes de poli(fluoreto de vinilideno - hexafluorpropileno) (P(VDF-HFP)) e produzidas membranas porosas para sistemas de filtração. Procedeu-se à caracterização da morfologia, porosidade, estrutura, fluxo e permeabilidade das mesmas, como também da sua eficiência de remoção de F- em meio aquoso. As taxas mais elevadas de ~35 e 70 % foram obtidas para membranas de MMT/P(VDF-HFP) e HA/P(VDF-HFP) respetivamente. Os resultados globais obtidos demonstram que estes materiais são adequados para produzir sistemas de purificação de água versáteis ajustáveis aos níveis de contaminação existentes, como também aos níveis de descontaminação pretendidos.Water consumption with fluorine (F-) concentrations outside the levels recommended by the World Health Organization (WHO) may result in the appearance of serious diseases, such as dental and bone fluorosis and cognitive delays in children. For this reason, the WHO recommends the limits of fluorine concentrations between 0.5 and 1.0 mg/L in drinking water. Polymeric membranes have been explored as a possible solution for the removal of chemical contaminants and producing potable water, however the existing systems present several drawbacks, such as high costs and low efficiency. Accordingly, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and its copolymers have been explored as a viable alternative for the production of these systems, due to their thermal and mechanical stability and chemical resistance. The incorporation of specific adsorbent particles in their structure is also presented as a future alternative to develop effective water purification systems. Thus, it was studied the fluoride removal capacity of aqueous media by particles such as gibbsite (GIB), bayerite (BAY), zeolite (NaY), montmorillonite (MMT) and hydroxyapatite (HA), as well as the influence of parameters such as concentration, reaction time, temperature and pH on removal efficiency. The particles with improved removal rate of F- (MMT and HA) were subsequently immobilized into matrices of poly (vinylidene fluoride - hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) and were produced porous membranes for filtration systems. It was performed the characterization of the morphology, porosity, structure, flux and permeability of the membranes, as well as its F- removal efficiency in an aqueous medium. The highest rates of ~35 and 70 % were obtained for membranes of MMT/P (VDF-HFP) and HA/P (VDF-HFP) respectively. The overall results show that these materials are suitable for producing versatile water purification systems, adjustable to the existing levels of contamination, as well as to the desired level of decontaminatio