Desenvolvimento de uma membrana verde à base de poli(vinil álcool) para a remoção de diclofenaco de sódio de matrizes aquosas - Raota, Camila Suliani (My University, 2023)
Membrane separation processes are efficient to reduce water pollution by emerging contaminants, such as pharmaceuticals. In Brazil, as well as worldwide, the production of membranes still faces challenges concerning the use and later disposal of organic solvents, thus making the process harmful to the environment. A more sustainable alternative is water-soluble polymers, such as poly(vinyl alcohol) (PVA). However, controlling the PVA solubility with crosslinking reactions is necessary when applied in water treatment. In this sense, this work aimed to develop a PVA-based membrane using citric acid as a crosslinker, striving the removal of sodium diclofenac (DCF) from aqueous matrices. The experimental design methodology associated to statistical analysis was used to determine the optimal conditions of crosslinking time and temperature, aiming at the best balance between permeate flux and DCF removal during a filtration process. Furthermore, the filtration parameters were adjusted to maximize the efficiency of the process. The morphologic, chemical, thermal, and physical characterization results demonstrated that the crosslinking conditions affected the membrane properties, modifying its performance regarding permeate flux and DCF removal. The optimal conditions of time and temperature of crosslinking were at 110 min and 110 °C, respectively. The operational parameters of the filtration process also affected the membrane behavior. Under optimized conditions (5 bar, feed containing 0.008 g L-1 of DCF at 25 °C, natural pH ~5.75), the developed membrane produced 0.12 L m-2 h-1 of permeate with about 80% DCF removal. Under these conditions, the green membrane was comparable to commercial nanofiltration membranes. Finally, this study culminated in the development of a membrane with "green" characteristics, in other words, with promising qualities to sustainably remove any contaminants resistant to conventional water treatments, as is the case with DCF. [resumo fornecido pelo autor]
Os processos de separação por membranas são eficientes para reduzir a poluição de águas por contaminantes emergentes, como é o caso dos fármacos. No Brasil, assim como no restante do mundo, a produção de membranas poliméricas ainda enfrenta desafios em relação ao uso e posterior descarte de solventes orgânicos, o que torna o processo prejudicial ao meio ambiente. Uma alternativa mais sustentável são os polímeros hidrossolúveis, como o poli(vinil álcool) (PVA). Entretanto, o controle da solubilidade do PVA com reações de reticulação se faz necessária quando a aplicação pretendida é o tratamento de água. Nesse sentido, este trabalho teve por objetivo desenvolver uma membrana à base de PVA, utilizando o ácido cítrico como reticulante, para a remoção de diclofenaco de sódio (DCF) de matrizes aquosas. A metodologia de design de experimentos, associada à análise estatística, foi utilizada para determinar as condições ótimas de tempo e temperatura de reticulação da membrana, visando o melhor equilíbrio entre o fluxo de permeado e a remoção de DCF durante um processo de filtração. Além disso, os parâmetros de filtração foram ajustados para maximizar a eficiência do processo. De forma geral, os resultados da caracterização morfológica, química, térmica e física demonstraram que as condições de reticulação afetam diretamente as propriedades da membrana, modificando o seu desempenho quanto ao fluxo de permeado e remoção de DCF. Além disso, verificou-se que as condições ótimas associadas ao tempo e temperatura de reticulação foram de 110 min e 110 °C, respectivamente. Os parâmetros operacionais do processo de filtração, por sua vez, também apresentaram grande influência no comportamento da membrana. Nas condições otimizadas (5 bar, alimentação contendo 0,008 g L-1 de DCF a 25 °C, pH natural de ~5,75), a membrana desenvolvida produziu 0,12 L m-2 h-1 de permeado com cerca de 80% de remoção de DCF, sendo comparável às membranas comerciais de nanofiltração. Por fim, esse estudo culminou no desenvolvimento de uma membrana com características "verdes", ou seja, com qualidades promissoras para remover de forma mais sustentável eventuais contaminantes resistentes aos tratamentos convencionais de águas, como é o caso do DCF. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Água -Purificação; Sustentabilidade; Farmacologia; Water - Purification; Sustainability; Pharmacology