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Title: Desenvolvimento e caracterização de membranas cerâmicas de cordierita.
Other Titles: Development and characterization of cordierite ceramic membranes.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Fernando Almeida da.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIRA, Hélio de Lucena.
???metadata.dc.contributor.referee1???: FRANÇA, Kepler Borges.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FERREIRA, Heber Carlos.
Keywords: Membranas Cerâmicas.;Cordierita.;Microfiltração.;Estrutura de Materiais.;Processamento e Propriedades de Materiais.;Ceramic Membranes.;Material Structure.;Processing and Properties of Materials.;Microfiltration.
Issue Date: 7-Mar-2006
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Fernando Almeida da. Desenvolvimento e caracterização de membranas cerâmicas de cordierita. 2006. 167f. (Dissertação de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais), Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2006.
???metadata.dc.description.resumo???: Os processos de separação por membranas estão em pleno desenvolvimento nos dias atuais. As membranas de cerâmica encontram larga aplicação, principalmente em processos cujas temperaturas de trabalho são superiores a 250°C, como também, na separação de soluções em que o pH e extremamente acido, ou mesmo quando há presença de solventes orgânicos no sistema. Em contrapartida, as membranas cerâmicas apresentam a desvantagem de apresentar um alto custo de implantação, requerendo assim, um grande investimento inicial em virtude do preço elevado das membranas. Por isto, atualmente, o principal foco de preocupação no desenvolvimento de membranas visa otimizar os custos de produção, encontrando matérias-primas cerâmicas a preços mais competitivos, como, por exemplo, a cordierita, alem de processos de produção mais eficientes, como a extrusão. Este trabalho consistiu na confecção de membranas tubulares de cordierita conformadas pelo processo de extrusão, utilizando quatro temperaturas de sinterização diferentes, objetivando mostrar a influencia destas temperaturas nas características das membranas. As membranas foram sinterizadas a 1150, 1200, 1250 e 1280°C, com um patamar constante de 60 min., observando-se que com a elevação da temperatura de sinterização, ocorreu um aumento na retração da membrana. Foi feito o ensaio de difração de raios-X na massa apos a sinterização e o resultado mostrou a formação da cordierita nas quatro sinterizações efetuadas, comprovando assim, que a composição da massa feita através de minerais de baixo custo, a exemplo da argila, bentonita e talco, forma cordierita apos a sinterização. Com relação as dimensões e a distribuição dos poros das membranas, os resultados dos ensaios de MEV e de porosimetria através de intrusão de mercúrio, mostraram a presença de poros, com tamanhos de 1,4; 2,2; 3,3 e 4,1 um e porosidade de 28,7; 29,1; 27,7 e 24,3% nas temperaturas de 1150, 1200, 1250 e 1280°C, respectivamente, caracterizando-as como membranas para microfiltração. Os ensaios de fluxo tangencial com água destilada mostraram que as membranas sinterizadas a 1280°C obtiveram maior fluxo, seguindo-se das de 1250°C, 1200°C e, finalmente as de 1150°C. Os valores médios dos fluxos encontrados nas membranas sinterizadas nas temperaturas de 1150, 1200, 1250 e 1280°C foram de aproximadamente 68, 143, 378 e 587 kg/h.m2 respectivamente, apos a estabilização. Com relação a aplicação das membranas no tratamento da água do rio Sucuriju, verificou-se que a turbidez da água foi reduzida de 311 NTU para valores próximos de zero para todas as membranas estudadas. Verificou-se também que o fluxo foi bastante reduzido, sendo que o maior fluxo relativo foi observado para a membrana sinterizada a 1250°C.
Abstract: Membrane separation processes are in full development today. Ceramic membranes find wide application, especially in processes whose working temperatures are above 250 ° C, as well as in separation of solutions in which the pH is extremely acidic or even when organic solvents are present in the system. In contrast, the ceramic membranes They have the disadvantage of having a high cost of implementation, thus requiring a large initial investment due to the high price of membranes. For this reason, currently, the main focus of concern in membrane development aims to optimize production costs by finding ceramic raw materials at more competitive prices, such as cordierite, in addition to more efficient production processes. such as extrusion. This work consisted in the fabrication of cordierite tubular membranes formed by the extrusion process, using four different sintering temperatures, aiming to show the influence of these temperatures on the membrane characteristics. The membranes were sintered at 1150, 1200, 1250 and 1280 ° C, with a constant 60 min plateau. It was observed that as the sintering temperature increased, there was an increase in membrane shrinkage. The mass X-ray diffraction test was performed after sintering and the result showed the formation of cordierite in the four sinterings performed, proving that the composition of the mass made through low cost minerals, such as clay, bentonite. and talc, cordierite form after sintering. Regarding the membrane pore size and distribution, the results of the SEM and porosimetry tests using mercury intrusion showed the presence of pores, with sizes of 1.4; 2.2; 3.3 and 4.1 µm and porosity of 28.7; 29.1; 27.7 and 24.3% at temperatures of 1150, 1200, 1250 and 1280 ° C, respectively, characterizing them as microfiltration membranes. Tangential flow tests with distilled water showed that the sintered membranes at 1280 ° C had the highest flow, followed by 1250 ° C, 1200 ° C and finally 1150 ° C. The average flux values ​​found in the sintered membranes at temperatures of 1150, 1200, 1250 and 1280 ° C were approximately 68, 143, 378 and 587 kg / h.m2 respectively, after stabilization. Regarding the application of membranes in the water treatment of the Sucuriju river, it was found that the turbidity of the water was reduced from 311 NTU to values ​​close to zero for all membranes studied. It was also found that the flux was greatly reduced, and the highest relative flux was observed for the sintered membrane at 1250 ° C.
Keywords: Membranas Cerâmicas.
Cordierita.
Microfiltração.
Estrutura de Materiais.
Processamento e Propriedades de Materiais.
Ceramic Membranes.
Material Structure.
Processing and Properties of Materials.
Microfiltration.
???metadata.dc.subject.cnpq???: Ciência e Engenharia de Materiais.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/6689
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