Engenharia Química

A água é um recurso determinante para a qualidade da vida humana e também para o nível de desenvolvimento de um país. Devido sua versatilidade e outrora abundância, a água historicamente foi negligenciada e por estes motivos temos hoje um quadro preocupante quanto à futura disponibilidade deste recurso. Segundo relatório de 2015 da ONU (Organização das Nações Unidas) prevê-se um aumento na demanda de água apenas pela indústria na casa dos 400% até o ano de 2050. Assim sendo, nos últimos anos, se percebe um aumento nos esforços de utilização sustentável deste recurso e de tratamento das águas utilizadas em processos produtivos. O setor industrial de tratamento de superfícies, um setor extremamente vasto e que realiza processos que vão desde a cobertura de estruturas do setor imobiliário, passando pelo setor automotivo, naval e até joias e bijuterias, é um setor multibilionário e que devido ao fato de estar intimamente ligado a necessidade do uso de um grande volume de agua para realização de seus processos, tem a necessidade e o interesse, de que tecnologias capazes de recuperar tanto o volume de agua utilizado quanto as matérias primas que nele existente, tornem-se cada vez mais acessíveis a todo tipo e tamanho de empresa. Tratamentos convencionais de resíduos líquidos demandam uma grande quantidade de energia, além de uso de reagentes químicos e de grandes espaços físico, o que acaba por resultar em um grande ônus monetário e complexidade operacional. Uma alternativa para estas tecnologias são os processos eletroquímicos, que são tecnologias aplicáveis em diversas áreas, tais como geração e armazenamento de energia e separação ou purificação de água ou insumos de interesse. Pode-se citar como exemplos de processos eletroquímicos aplicados nas áreas mencionadas a tecnologia de célula combustível com objetivo na geração de energia limpa e renovável, as baterias regeneráveis de alta capacidade com foco no armazenamento de energia. Na área ambiental para tratamento de água e efluentes, processos tais como eletrodeposição, eletrocoagulação, eletro-oxidação, eletroredução e eletrodiálise compreendem processos fundamentados nas teorias eletroquímicas e que vem sendo largamente pesquisados. A eletrodiálise é um processo que tem como objetivo principal o transporte de íons de um compartimento para o outro. Com isto torna-se possível concentrar um dos compartimentos e “diluir” outro. Através a aplicação de uma diferença de potencial elétrico (DDP) em dois eletrodos posicionados nos extremos do sistema, o fluxo iônico é direcionado e acelerado através de membranas íon-seletivas, como cada membrana tem uma permeabilidade seletiva determinada pela espécie cátion ou ânion e estas membranas estão dispostas de forma intercalada, estes íons seguem em direção ao polo de carga oposta, através das membranas de forma que apenas a espécie de interesse conseguirá passar para o compartimento seguinte. Os principais objetivos da eletrodiálise consistem em: obter uma alta extração percentual, que é um parâmetro de controle mássico que define a quantidade de íons desejados transportados de um compartimento para o outro; uma boa eficiência de corrente que determinará um baixo custo energético para o sistema em questão; e um baixo custo de manutenção, que em sua maior parte é representado pela troca das membranas íon seletivas. Estas membranas utilizadas na tecnologia de eletrodiálise podem ser produzidas de vários materiais, porém em uma classificação mais ampla, são separadas em membranas poliméricas e não poliméricas. Devido a sua versatilidade e relativa simplicidade de produção, as membranas poliméricas vêm recebendo uma grande atenção tanto da comunidade acadêmica quanto da industrial. A grande quantidade e disponibilidade de polímeros tornou este um material muito vantajoso para produção de membranas íon seletivas. Como exemplo pode-se citar o Poli(óxido de fenileno), Poli(éter imida), Poli(estireno), Poli(propileno) e o Poli (éter éter cetona). Estes são apenas uma pequena parte de um número extremamente grande de polímeros utilizados para produção de membranas. O polímero PEEK vem destacando-se na produção de membranas poliméricas devido suas características. Porém, para tal aplicação este polímero de alta tecnologia notoriamente conhecido por produzir filmes poliméricos com boas propriedades físicas, químicas, mecânicas e eletroquímicas, passa por uma reação de modificação onde é agregado um grupo funcional que lhe possibilitará formação de filmes extremamente finos com propriedade hidrofílica que consequentemente adicionará propriedades eletroquímicas desejadas para aplicações como a eletrodiálise. As membranas produzidas têm características íon seletivas, mais especificamente, são permeáveis por cátions ou ânions, dependendo do grupo funcional agregado ao polímero. Uma reação de execução simples, comum e largamente estudada é a reação que confere ao PEEK a propriedade de permeabilidade catiônica, agregando um grupo sulfônico (HSO3) matriz polimérica, ponto onde este polímero passa a ser conhecido como SPEEK, ou seja, poli(éter éter cetona) sulfonado. Este grupo funcional confere propriedades ao polímero e consequentemente ao filme, que são quantificadas para avaliar a aplicabilidade e eficiência da membrana. Propriedades como condutividade iônica, inchamento, capacidade de troca iônica (CTI), estabilidade química, estabilidade térmica, morfologia e resistência mecânica. Todas estas propriedades vão formar um perfil e serão determinantes para o desempenho da membrana na sua etapa de aplicação, que é o uso nas aplicações eletroquímicas, tais como a eletrodiálise. Comumente para melhorar estas propriedades algumas técnicas ou procedimentos são adotados tais como o emprego de nanocargas como Poliedros Oligoméricos Silsesquioxanos (POSS), líquidos iônicos tais como o 1-butil 3-imidazona tetrafluorborato (BMIM-BF4), e blendas com outros polímeros como poli éter sulfona (PES) ou poli éter imida (PEI). Blendas poliméricas são misturas de diferentes polímeros através de técnicas apropriadas que visam melhorar ou otimizar certas propriedades de um filme para determinada aplicação. Estas blendas podem ser miscíveis ou imiscíveis, dependendo do tipo de polímero utilizado. Quando os polímeros são imiscíveis o filme gerado será heterogêneo, ou seja terá duas fases distintas, e quando são miscíveis formaram filmes homogêneos, ou seja em uma única fase perfeitamente misturada. Assim o objetivo geral do presente trabalho é obter filmes de blendas poliméricas do polímero SPEEK com diferentes massas moleculares em diferentes proporções e avaliar o efeito destas diferentes proporções nas propriedades dos filmes gerados. Mais especificamente pretende-se obter uma melhora nas propriedades de condutividade iônica, inchamento, estabilidade térmica, CTI e consequentemente uma melhor eficiência na técnica de eletrodiálise, já que estas propriedades têm maior relevância quando se trata de técnicas eletroquímicas.