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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Juliana Mendonça Silva de Jesus
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Espinosa, Denise Crocce Romano (Presidente)
Buzzi, Daniella Cardoso
Souza, Kellie Provazi de
Título em português
Estudo do envelhecimento de membranas trocadoras de íons em contato com soluções sintéticas à base de HEDP.
Palavras-chave em português
Eletrodiálise
Envelhecimento
Resumo em português
O uso do cianeto em processos de eletrodeposição proporciona à prática industrial risco ambiental e ocupacional. Com isso, estudos têm buscado alternativas para a substituição desse agente nocivo. O Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) desenvolveu um banho de cobre alcalino sem cianeto, que utilizou como substituinte o HEDP (1-hidroxietano-1,1-difosfônico). Para a recuperação desse ácido a eletrodiálise foi avaliada, que consiste no uso de um sistema de membranas trocadoras de íons (MTI) e de corrente elétrica como força motriz. Meios oxidantes, corrosivos e com materiais orgânicos favorecem a degradação da membrana, inibindo sua capacidade em separação. Alternativas de manutenção têm sido estudadas para o aumento da vida útil das membranas, como o uso de agentes de limpeza. O estudo do envelhecimento proporciona a avaliação de um material em condições específicas, a fim de monitorar alterações em função do tempo de contato com o meio. O presente estudo propõe o envelhecimento de membranas aniônicas comerciais em soluções diluídas, provenientes do banho sintético de cobre à base de HEDP. Como objeto de estudo, foram selecionadas duas membranas, sendo uma heterogênea e uma membrana homogênea. Essas foram envelhecidas em três concentrações distintas (CuHEDP 1%, 5%, 10% v/v), por 400h de contato, sob agitação. As possíveis modificações estruturais foram avaliadas por meio de técnicas como a microscopia eletrônica de varredura acoplada à espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS), a análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia por infravermelho com transformada de Fourier (FTIR-ATR). As propriedades intrínsecas das membranas estão diretamente relacionadas ao seu caráter seletivo e morfológico. Para avaliar tais propriedades, foram utilizados ensaios cronopotenciométricos e a titulação potenciométrica. As propriedades investigadas foram o grau de inchamento, a capacidade de troca, a resistência elétrica, a densidade de corrente limite e a permeseletividade. Paralelamente, submeteu-se a membrana heterogênea ao envelhecimento em um sistema de eletrodiálise por 400h, monitorando-se as alterações em sua densidade de corrente e resistência elétrica a cada 100h de ensaio. Em adição, realizou-se a avaliação de agentes de limpeza de caráter ácido e básico, em concentrações distintas. O agente que atingiu melhor desempenho em remover a incorporação iônica foi aplicado às membranas envelhecidas em 100h de envelhecimento. Em seguida, essas foram reavaliadas a partir de ensaios eletroquímicos. Observou-se que houve interação entre os íons em solução e as membranas estudadas, que proporcionaram alterações em sua estrutura e propriedades, porém sem causar modificações que indicassem o descarte para ambas membranas.
Título em inglês
Study of the aging of membranes in contact with synthetic solutions based on HEDP.
Palavras-chave em inglês
Ageing
Electrodialysis
Ion-exchange membranes
Resumo em inglês
The use of cyanide in electrodeposition processes provides industrial practice environmental and occupational risk. Thereby, studies have looked for alternatives for the substitution of this noxious agent. The Institute of Technological Research (ITR) developed an alkaline copper bath cyanide-free, which used HEDP (1-hydroxyethane- 1,1-diphosphonic) as a substitute. For the recovery of this acid the electrodialysis was evaluated, which consists of the use of an ion-exchange membrane (IEM) system and electric current as the driving force. Oxidizing, corrosive and organic materials favor membrane degradation, inhibiting their separation ability. Maintenance alternatives have been studied to increase the shelf life of membranes, such as the use of cleaning agents. The ageing study provides the evaluation of a material under specific conditions, in order to monitor changes as a function of the time of contact with the medium. The present study proposes the ageing of commercial anionic membranes in dilute solutions from the synthetic copper bath with HEDP. The purpose of the study was selected two membranes, being a heterogeneous and homogeneous membrane. These were aged in three distinct concentrations (CuHEDP 1%, 5%, 10% v/v) for 400 hours of contact, under stirring. The possible structural modifications were evaluated by techniques such as scanning electron microscopy coupled to X-ray dispersive energy spectroscopy (SEM-EDS), thermogravimetric analysis (TGA) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR). The intrinsic properties of the membranes are directly related to their selective and morphological character. To evaluate such properties, chronopotentiometric assays and potentiometric titration were used. The investigated properties were swelling degree, ion-exchange capacity, electrical resistance, current density, and permselectivity. In parallel, the heterogeneous membrane was subjected to ageing in an electrodialysis system for 400h, monitoring the changes in its current density and electrical resistance every 100h of the test. In addition, acid and basic cleaning agents were evaluated in different concentrations. The agent that achieved the best performance in removing the ionic incorporation was applied to the membranes aged in 100h of ageing. These were then reevaluated from electrochemical tests. It was observed that there was interaction between the ions in solution and the membranes studied, which provided alterations in its structure and properties, but without provide modifications that indicated the need of disposal for both membranes.
 
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Data de Publicação
2017-09-05
 
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