Caracterização de membranas aniônicas e avaliação do transporte de íons fosfato em um sistema de eletrodiálise

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Rotta, Eduardo Henrique
• Orientador(a): Bernardes, Andrea Moura
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: spa
• Palavras-chave em Português: Membranas; Eletrodiálise; Fosfato; Transporte de íons
• Palavras-chave em Inglês: Phosphate; Electrodialysis; Anion-exchange membrane; Characterization; Ionic transport
• Palavras-chave em Espanhol: Electrodiálisis; Membrana aniónica; Caracterización; Transporte de iones
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/256568

El fòsfor és inherent al manteniment de la vida i exerceix un paper fonamental en la producció d'aliments. La imminent escassetat de roques fosfòriques, principal matèria primera per a la producció de fertilitzants a base de fòsfor ha impulsat la investigació sobre la recuperació d'aquest nutrient a partir de fonts alternatives, com les aigües residuals municipals. En un estudi recent, va ser possible concentrar i recuperar fosfats d'una solució que simulava aigües residuals municipals mitjançant electrodiálisis, a més de promoure la separació de fosfats dels anions coexistents. No obstant això, aquest procés de separació va comprometre l'estructura de la membrana aniònica. Per tant, l'objectiu d'aquest treball va ser avaluar l'acompliment de dues membranes aniòniques, la seua estabilitat a través del procés i les reaccions que ocorren en les seues interfases, buscant la recuperació de fosfats a partir d'una solució amb baix contingut d'aquest nutrient. Es van realitzar experiments de electrodiálisis baix intens camp elèctric utilitzant dues membranes aniòniques diferents, una d'origen xinés (IONSEP-HC-A) i una altra txeca (AMHPP, resistent a mitjans alcalins), caracteritzant-les abans i després dels assajos. A més, es van estudiar les reaccions químiques que acompanyen al transport de fosfats a través de membranes aniòniques mitjançant voltamperometria lineal, cronopotenciometría i espectroscòpia d'impedància electroquímica. Els resultats de les proves de electrodiálisis indiquen la possibilitat de separació d'ions de fosfat utilitzant la membrana IONSEP-HC-A, condició que no s'aconsegueix amb la membrana AMHPP. Mitjançant espectres FTIR es va observar que l'aplicació de camps elèctrics intensos va provocar la transformació parcial dels grups funcionals de totes dues membranes. Tanmateix, a més d'això, es va notar la degradació de la malla estructural de la membrana xinesa. A més, les imatges SEM van indicar la formació de cavitats en la superfície de la membrana IONSEP-HC-A, la qual cosa no es va observar en la membrana AMHPP. A través d'aquestes imatges també es va observar que la superfície de la membrana AMHPP té una major àrea conductora, la qual cosa pot facilitar la formació de vòrtexs electroconvectivos, mentre que la distribució de grups funcionals en la membrana IONSEP-HC-A facilitaria la dissociació de l'aigua. Aquestes suposicions es confirmen mitjançant espectres d'impedància i corbes cronopotenciométricas. Per a la membrana AMHPP, les corbes cronopotenciométricas testifiquen que la electroconvección és el mecanisme predominant de transferència de massa, malgrat la presència d'arcs de Gerischer que indiquen l'ocurrència de reaccions químiques en la capa límit de difusió. Quant a la membrana IONSEPHC-A, els resultats mostren el predomini de la dissociació de l'aigua, la qual cosa dificulta el pas dels ions fosfate a través de la membrana i permet la seua separació. D'aquesta manera, el treball realitzat contribueix a una futura recuperació de fòsfor per electrodiálisis, havent conegut els fenòmens que poden alterar l'estructura de la membrana i les reaccions que es produeixen en les seues interfases.