Membrana nano

Tipos de membranas nano

A membrana nano é um tipo de material que pode separar diferentes moléculas de acordo com seus tamanhos. A nanotecnologia de membranas possui muitas aplicações em fornecer meios mecanizados de separação. Nesta técnica, a membrana é projetada em nanoescala para melhorar suas capacidades de separação para vários tipos de fluidos, incluindo líquidos e gases. A nanotecnologia de membranas funciona utilizando tamanhos de poros em nível nanométrico, de modo que as moléculas-alvo podem ser separadas seletivamente.

A nanotecnologia de membranas pode ser categorizada de acordo com seus métodos de fabricação, formas e fluxos de trabalho.

• Métodos de fabricação: A membrana é geralmente fabricada usando as seguintes técnicas. Membranas de inversão de fase são produzidas por precipitação de uma fase líquida após o resfriamento da solução aquecida. Membranas de filtração funcionam capturando partículas e permitindo que o fluido passe. Membranas de eletrofiação são compostas de fibras que são fiadas em uma estrutura semelhante a uma rede. Este método é frequentemente usado para membranas poliméricas. As membranas assimétricas possuem uma fina camada na parte superior que permeia seletivamente substâncias. Abaixo desta camada superior, existe uma camada muito mais espessa que geralmente é feita de material não permeável. Membranas compostas possuem duas ou mais camadas que trabalham juntas para separar substâncias específicas. As membranas são fabricadas usando métodos como polimerização interfacial ou montagem camada por camada. Membranas densas possuem superfícies uniformes, não porosas que permitem seletivamente a passagem de certas moléculas. Também conhecido como mecanismo de parada e avanço, elas apresentam locais que retêm temporariamente as moléculas e locais que permitem que elas passem.
• Formas: A nanotecnologia de membranas pode ser dividida em tipos lineares e planares. As estruturas de membrana lineares são tubulares, de fibra oca e fibras capilares. Membranas tubulares possuem formato cilíndrico e são instaladas em módulos tubulares. Elas são geralmente usadas em instalações de tratamento de água para o processo de dessalinização. Membranas de fibra oca são compostas de milhares de fibras finas que são compactadas. Elas são usadas principalmente em dispositivos médicos, como rins artificiais. Membranas capilares são menores que membranas ocas. Elas são usadas principalmente na separação de gases. As membranas planares possuem chapas e discos planos. As chapas planas são usadas principalmente em microeletrônica e os discos planares são usados principalmente na separação de gases.
• Funções de separação: As funções da membrana são divididas em filtração, fina, extração, concentração e separação de gases. As membranas de filtração são usadas principalmente em unidades de processamento de líquidos para separar impurezas sólidas. Membranas de microfiltração e ultrafiltração são usadas para separar bactérias e vírus, respectivamente. As membranas finas geralmente separam íons. Membranas de nanofiltração e osmose reversa são caracterizadas principalmente pela separação de íons monovalentes e sal. As membranas de extração são geralmente usadas para separar produtos valiosos de correntes de alimentação de baixa concentração. Elas são usadas principalmente nas indústrias petroquímica e de mineração. Membranas de concentração são empregadas durante o processo de tratamento de resíduos para economizar recursos. Elas são usadas principalmente em instalações de tratamento de águas residuais. Membranas de separação de gases são instaladas em unidades petroquímicas para separar hidrogênio, dióxido de carbono e gás natural de outros compostos.

Especificação e Manutenção

Os processos de filtração por membrana dependem dos materiais específicos da membrana utilizados. Aqui está uma análise mais aprofundada de alguns dos dados de especificações-chave e das necessidades de manutenção das membranas nano:

• Material da Membrana

  Os materiais usados na fabricação de produtos de filtração por membrana incluem acetato de celulose, poliamida, polissulfona, compostos cerâmicos e materiais compostos de polímeros, para citar apenas alguns.

• Tamanho dos Poros

  O tamanho dos poros de cada membrana define quais moléculas ou partículas passarão por ela. Por exemplo, membranas de ultrafiltração com um tamanho de poro na faixa de 0,01–0,1 mícrons permitirão que colóides e grandes moléculas orgânicas passem, mas reterão proteínas, microrganismos e macromoléculas.

• Área de Superfície

  A área de superfície da membrana determina a quantidade de líquido que pode ser processada a qualquer momento. Membranas com uma grande área de superfície geralmente permitirão taxas de fluxo mais altas, o que aumenta a produtividade em aplicações industriais.

• Pressão de Operação

  Diferentes tipos de membrana funcionam com diferentes pressões. Por exemplo, membranas de microfiltração funcionam com baixa pressão, membranas de ultrafiltração funcionam com pressão moderada e membranas de osmose reversa funcionam com alta pressão. Os fabricantes determinam a pressão de trabalho ideal para cada membrana a fim de encontrar o equilíbrio certo entre eficiência, consumo de energia e desempenho de separação.

• Fluxo

  O fluxo da membrana é a quantidade de permeado produzido por unidade de área por tempo. É calculado em litros por metro quadrado por hora (LMH). Membranas de microfiltração e ultrafiltração geralmente têm uma taxa de fluxo mais alta, enquanto a osmose reversa e a nanofiltração têm taxas de fluxo mais baixas porque funcionam em pressões mais altas. Alta eficiência de separação e moléculas seletivas passando têm relação direta com taxas de fluxo mais baixas.

• Compatibilidade Química

  Cada produto de filtração por membrana possui uma lista de produtos químicos com os quais é compatível. A falha em usar um agente de limpeza químico que a membrana pode tolerar pode resultar em danos à membrana e reparos dispendiosos.

• Limpeza

  Os filtros de membrana precisam de limpeza regular de acordo com as instruções do fabricante para remover depósitos de incrustação. As necessidades de limpeza variam dependendo das tendências de incrustação da substância que está sendo filtrada e do material da membrana. A limpeza deve ser feita com cuidado usando agentes de limpeza químicos recomendados pelo fabricante da membrana.

Aplicações da membrana nano

O princípio de funcionamento da nanofiltração por membrana define uma infinidade de áreas de aplicação para filtros de membrana nano. A membrana nano tornou-se um material útil no tratamento de água. As nanomembranas podem ser encontradas em estações de tratamento de águas residuais, instalações de água potável e plantas de dessalinização. As fontes de água são purificadas usando nanomembranas para melhorar a saúde pública.

Nas indústrias de alimentos e bebidas, as nanomembranas podem separar produtos alimentares, como suco de frutas, de contaminantes. A concentração de produtos alimentares para redução de volume é um dos usos das nanomembranas na indústria alimentar. As nanomembranas também são usadas no processamento de produtos lácteos, café, açúcar e bebidas alcoólicas. Outras aplicações são clarificação de líquidos, filtração antimicrobiana e filtração estéril.

Uma indústria farmacêutica e química emprega nanomembranas para separar produtos químicos, concentrar soluções e remover contaminantes, incluindo vírus e bactérias. A purificação do ar é outra indústria onde as nanomembranas funcionam. A nanotecnologia de membranas é útil para remover gases tóxicos no ar, incluindo CO2, H2S, SO2, NO e NH3, bem como partículas de metais pesados. As nanomembranas também podem ser usadas na indústria têxtil para processos de filtração e separação. Elas também podem ser aplicadas na indústria automotiva para produzir filtros para gás e líquidos usados em máquinas para proteger peças móveis.

Outras áreas onde as nanomembranas podem ser úteis incluem separação de gases, células eletroquímicas e aplicações biomédicas. Os pesquisadores ainda estão explorando o potencial das nanomembranas nessas áreas. Com mais pesquisas sobre a eficiência e o desempenho das nanomembranas, mais aplicações podem ser esperadas em diferentes indústrias.

Como escolher membranas nano

Vários fatores devem ser considerados ao escolher produtos de membrana nano para uso comercial ou industrial. Esses incluem a aplicação, o material da membrana, a compatibilidade do sistema, o desempenho da filtração e a eficiência energética.

Primeiro, é importante considerar a aplicação pretendida e selecionar uma membrana nano que seja adequada para a substância-alvo específica. Os usuários com requisitos específicos de separação devem escolher materiais de membrana que atendam aos requisitos do seu processo. Por exemplo, a membrana à base de celulose é ideal para a indústria de alimentos e bebidas, enquanto a membrana de poliamida é adequada para o tratamento de água.

A membrana deve ter boa compatibilidade com o sistema existente para garantir que não haja vazamentos. Os acessórios, tamanhos e portas de conexão devem coincidir para reduzir o custo de instalação e garantir a eficiência.

O desempenho de filtração da membrana deve ser examinado. Isso inclui a taxa de rejeição, o fluxo e a pressão de operação. A taxa de rejeição indica a capacidade de uma membrana de separar solutos. Dependendo da substância-alvo, uma membrana com uma taxa de rejeição específica deve ser escolhida. Selecione membranas com alto fluxo para aumentar a produtividade e a eficiência. A pressão de operação está ligada ao consumo de energia do sistema de filtração. Escolha uma membrana que equilibre a pressão de operação e o desempenho de filtração para reduzir o uso de energia.

Finalmente, a eficiência energética é uma consideração importante. Escolha membranas que possam funcionar bem com pouca energia para minimizar os custos operacionais. O impacto ambiental da membrana também deve ser considerado. Escolha membranas fabricadas com materiais sustentáveis para cumprir as normas ambientais.

FAQ sobre membrana nano

P1: A nanofiltração é a mesma coisa que microfiltração e ultrafiltração?

A1: Não, a nanofiltração é um processo de filtração diferente. Microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração diferem em termos de tamanho de poro e os tamanhos moleculares ou de partículas que visam remover. A microfiltração possui o maior tamanho de poro e normalmente remove partículas maiores e bactérias. A ultrafiltração possui poros menores e remove partículas menores, incluindo alguns compostos orgânicos macromoleculares e bactérias. A nanofiltração, como mencionado anteriormente, é capaz de remover íons divalentes e íons monovalentes menores, moléculas orgânicas e polieletrólitos. Ela se situa entre a ultrafiltração e a osmose reversa, que possui o menor tamanho de poro e remove principalmente virtualmente todos os contaminantes, incluindo moléculas e íons solúveis em água.

P2: Qual é o armazenamento de filtros de membrana?

A2: Os filtros de membrana devem ser armazenados em local fresco e seco, longe da luz solar direta. A temperatura de armazenamento deve estar entre 15-30 graus Celsius. Os filtros devem ser mantidos em sua embalagem original até serem usados para evitar contaminação e danos. Para armazenamento de longo prazo, os filtros de membrana podem ser refrigerados ou congelados, mas isso não é necessário para armazenamento de curto prazo. Além disso, os filtros devem ser armazenados verticalmente em um recipiente estéril ou usados com um agente repelente de umidade.

P3: Para que a tecnologia de membrana é usada?

A3: A tecnologia de membrana é aplicada em várias indústrias para diversas aplicações. Ela é usada no tratamento de água e águas residuais para separar contaminantes, sais em excesso e micropoluentes e produzir água potável. A tecnologia purifica, separa e extrai componentes úteis na indústria de alimentos e bebidas. A tecnologia de membrana também concentra e purifica biomoléculas, proteínas, enzimas e antibióticos na indústria farmacêutica. Nas indústrias petroquímica e de gás, a tecnologia de membrana separa gases valiosos de misturas de gases e purifica gás natural. Finalmente, a tecnologia é usada na dessalinização da água do mar para produzir água doce.

P4: Quais são os problemas com a filtração por membrana?

A4: A filtração por membrana enfrenta vários desafios. O principal deles é a incrustação, que é o acúmulo de material na superfície da membrana ou dentro de seus poros, resultando em uma diminuição do fluxo de permeado e na qualidade do filtrado. Os filtros de membrana também estão sujeitos ao entupimento, levando a taxas de fluxo reduzidas e pressões de operação aumentadas. Outros problemas incluem a digestibilidade, a incrustação e a suscetibilidade das membranas à degradação química e danos.