Avaliação da influência da incorporação de óxido de grafeno e de óxido de grafeno reduzido no desempenho de membranas de polisulfona para permeação de gases - Tosin, Laís Gilioli (My University, 2024)
Membrane separation processes are an interesting alternative when compared to conventional separation processes due to their greater selectivity and possibility of implementation on an industrial scale. Polymeric membranes added with graphene-based materials are being studied due to the improvement of their mechanical, chemical and thermal properties. In this study, polysulfone membranes (PSU) were prepared by the phase inversion, loaded with graphene oxide (PSU/OG) and reduced graphene oxide (PSU/OGR) at a concentration of 0.5 % m/m, in order to compare their characteristics and physicochemical properties. Membrane morphology was evaluated by scanning electron microscopy, thermal stability by thermogravimetric analysis, functional groups and material structure by Fourier-transform infrared spectroscopy and the mechanical properties by pressure test and gases permeation test, using synthetic air. The agglomeration of graphene oxide and its reduced form was verified, a factor that may have interfered in the performance of the membranes. There was no increase in thermal stability in the membranes with the addition of graphene derivatives and neither the occurrence of new bands observed in the infrared spectrum, meaning that there were only physical interactions between the materials. Furthermore, all membranes resisted the maximum pressure of the gas permeation system, and it was not possible to identify whether the addition of graphene-based materials interfered positively on the mechanical strength. PSU/OG membranes performed better in permeability during the gas permeation test than PSU and PSU/OGR membranes, possibly due to the functional groups present in graphene oxide. This study reinforces the importance of producing membranes, especially with additives, in order to evaluate their effect on their properties. [resumo fornecido pelo autor]
Os processos de separação por membranas são uma alternativa interessante quando comparados aos processos de separação convencionais, tendo em vista a sua maior seletividade e possibilidade de implementação em escala industrial. Membranas poliméricas com a inserção de materiais provenientes do grafeno estão sendo estudadas devido à melhora das suas propriedades mecânicas, químicas e térmicas. Neste trabalho foram preparadas membranas de polisulfona (PSU) pelo método de inversão de fases adicionadas de óxido de grafeno (PSU/OG) e de óxido de grafeno reduzido (PSU/OGR), na concentração de 0,5 % m/m, com o intuito de comparar suas características e propriedades físico-químicas. A morfologia das membranas foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, a estabilidade térmica por análise termogravimétrica, os grupos funcionais e a estrutura do material por espectroscopia na região do infravermelho e as propriedades mecânicas por meio do teste de pressão e do teste de permeação de gases, utilizando ar sintético. Foi verificado a aglomeração de óxido de grafeno e da sua forma reduzida, fator esse que pode ter interferido no desemprenho das membranas. Não houve o aumento da estabilidade térmica nas membranas com adição de derivados do grafeno e nem a ocorrência de novas bandas observadas no espectro de infravermelho, significando que existiu apenas interações do tipo física entre os materiais. Ademais, todas as membranas resistiram à pressão máxima do sistema de permeação de gases, não sendo possível identificar se a adição de materiais derivados do grafeno interferiu de forma positiva na resistência mecânica. As membranas de PSU/OG obtiveram um desempenho superior na permeabilidade, durante o teste de permeação de gases, do que as membranas de PSU e PSU/OGR, possivelmente devido aos grupos funcionais presentes no óxido de grafeno. Esse estudo reforça a importância da produção de membranas, especialmente com aditivos, com a finalidade de avaliar o efeito destes nas suas propriedades. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Engenharia química; Grafeno; Membranas; Gases