Fenômenos de superfície eletroquímica - membranas

Fenômenos de Superfície e Eletroquímica

TERMODINÂMICA DOS PROCESSOS DE TRANSPORTE: DIFUSÃO, SEDIMENTAÇÃO E TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS

Grupo 6:

Alex                                           nº

Bárbara Silva                             nº

Felipe Ribeiro                            nº

Fernanda Azzoni Torezin          nº 9774622

Hellen Rodrigues                       nº  

Verediana                                  nº

Profª Marivone Nunho Sousa

LORENA/SP - 2019

1. INTRODUÇÃO

Os processos de separação por membrana vem se desenvolvendo desde o século XVIII e, apesar de inicialmente ter sofrido uma certa resistência por conta de seu alto custo, atualmente vem se destacando dentre os processos de separação de compostos, visto que oferece diversas vantagens, como: consumo de energia, especificidade e seletividade, além de vir apresentando uma queda significativa em relação aos gastos que o processo representa.

As membranas são finas barreiras seletivas, tipicamente planas, pelas quais ocorre a passagem de matéria presente em duas fases. Ela pode restringir parcial ou totalmente o transporte de uma ou mais espécies químicas que estejam presentes no meio.

Esses tipos de processos são utilizados, principalmente, em quatro áreas:

• Separação de misturas moleculares e particulados;
• Liberação controlada de agentes ativos;
• Reatores com membranas;
• Órgãos artificiais;

As membranas utilizadas nesses casos podem ser preparadas por diversos tipos de materiais, apresentando morfologia e conformação distintas. Por exemplo, as membranas materiais sintéticas mais usadas são as poliméricas, as quais possuem variadas propriedades físicas e químicas.

1.  REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1. MEMBRANAS

As primeiras membranas comerciais eram produzidas por gelificação de

uma solução polimérica. Posteriormente, surgiram as primeiras membranas assimétricas, produzidas por inversão de fase, as membranas compósitas e também as membranas cerâmicas.

Grande parte desses processos utilizam o escoamento tangencial (“cross flow”), promovendo assim a separação de partículas sólidas em suspensão de correntes líquidas ou gasosas em escoamento frontal.

 Os principais processos de separação por membrana são:

• Microfiltração – é empregada em tipos específicos de filtração e pode ser também utilizada conjuntamente com outros tipos de membranas para melhor proteção, desempenho e maior vida útil;
• Ultrafiltração – utilizada em trabalhos que utilizem macromoléculas, com proteínas e ácidos nucleicos. Sua principal aplicação se encontra na fabricação de insumos biotecnológicos de alta pureza e no processo de pintura por eletrodeposição;
• Nanofiltração – é uma membrana extremamente fina. Envolve mecanismos tanto de filtração quanto de solubilidade e difusão, tendo influencia da pressão osmótica;
• Osmose reversa – apresenta poros extremamente pequenos, sendo utilizada, principalmente, na purificação de água;
• Diálise;
• Eletrodiálise;
• Pervaporação;
• Separação de gases;

As partículas maiores do que os poros são rejeitadas pela superfície da membrana e permanecem no lado do concentrado, enquanto o líquido e todas as partículas menores do que os poros podem atravessar livremente a membrana para o lado do filtrado.

1. TIPOS DE MEMBRANAS

Existem três grandes grupos nas quais elas podem ser classificadas:

• Primária: é uma membrana elástica, delgada e formada por celulose e substâncias pécticas, principalmente. São encontradas em células jovens e em células adultas de tecidos. É depositada sobre a lamela média.
• Secundária: é uma membrana espessa, pouco elástica e é formada por celulose, hemicelulose, substâncias pécticas e lignina. Este tipo de membrana não se deposita de forma contínua e uniforme.
• Artificial: são membranas produzidas sinteticamente, podendo apresentar diversos materiais, formas e morfologias distintas.

1. ESTRUTURA

As membranas podem ser classificadas de acordo com a superfície que está em contato com a mistura prestes a ser separada, podendo ser densas ou porosas, podendo ou não apresentar variações da morfologia ao longo da sua espessura, logo podem ser tanto isotrópicas quanto anisotrópicas.

[pic 1]

Figura 1 - Classificação das estruturas das membranas

Além disso, as membranas apresentam um arranjo de lipídios em bicamada, sendo este resultado da sua natureza anfipática. As bicamadas apresentam uma “cabeça” hidrofílica, as quais são voltadas para fora e interagem com meios aquosos; e uma “cauda” hidrofóbica no seu interior. O modelo aceito atualmente é conhecido como modelo mosaico fluido.

[pic 2]

Figura 2 - Bicamada lipídica

1. PROPRIEDADES

As membranas apresentam diversas propriedades físicas, como:

• Assimetria: as duas faces da membrana, geralmente, não apresentam a mesma composição lipídica, glicídica e proteica, assim como as cargas elétricas não se distribuem de maneira uniforme.
• Fluidez: os componentes da membrana não ocupam uma posição definida e são suscetíveis a deslocamentos bidimensionais, de rotação ou de translação, uma vez que não são estabelecidas ligações covalentes entre eles, mas sim ligações mais fracas, como pontes de hidrogênio e Van der Walls.
• Continuidade: a membrana não apresenta descontinuidades ao longo da sua extensão e os espaços por ela delimitado são sempre fechados.
• Permeabilidade seletiva: a membrana é capaz de selecionar as substâncias que entram e que saem, sendo esse um processo importantíssimo para as atividades metabólicas celulares.
• Resistência à tração: por conta da membrana ser composta por um número elevado de ligações entre os componentes, mesmo que sejam ligações fracas, isso confere uma resistência alta à tração, garantindo a individualidade da célula.

1. TERMODINÂMICA DOS PROCESSOS DE TRANPORTES

O transporte através da membrana pode ser classificado analisando-se o gasto de energia que uma célula apresenta ao transportar uma substância. Quando não há gasto de energia, ele é chamado de transporte passivo, e aquele que apresenta gasto de energia é chamado de transporte ativo. 

1. TRANSPORTE PASSIVO

Esse tipo de transporte, por não apresentar gasto de energia significativo, apresenta uma variação da energia de Gibbs com valores negativos.