Publicação: Síntese de caracterização de membranas de troca iônica a partir de copos e pratos de poliestireno descartados
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
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Resumo
Neste trabalho foram sintetizadas membranas de poliestireno sulfonado
produzido a partir da reciclagem de copos e pratos plásticos pós—consumo. O
poliestireno foi reciclado quimicamente por meio de reação de sulfonação dos anéis
aromáticos, que introduziu no material, grupos ativos (SO3H). A título de
comparação, também foram sintetizadas membranas de poliestireno sulfonado
virgem. As membranas produzidas foram caracterizadas por medidas de sorção e
fluxo de água, viscosidade, capacidade de troca iônica (IEC) e espectroscopia na
região do infravermelho.
Comparando-se os espectros na região do infravermelho da resina de troca
iônica Amberlite IR 120 com os das membranas, percebe-se que as bandas de
absorção atribuídas a deformação angular C-H fora do plano do anel aromático e ao
estiramento simétrico SO; da resina estão deslocadas em relação às das membranas.
Estes deslocamentos se devem, provavelmente, às ligações cruzadas existentes na
estrutura da resina, ligações estas produzidas pelo agente intercruzante
divinilbenzeno (DVB).
A resina citada acima foi utilizada como parâmetro de comparação para
caracterizar as membranas de troca iônica. Constatou—se que a diferença entre os
valores de IEC das membranas e da resina é de aproximadamente 40%. No entanto,
deve-se ressaltar também a diferença na porcentagem de grupos sulfônicos que na
resina de troca iônica comercial é de aproximadamente 35%, enquanto nas
membranas este valor é menor que 25 %, portanto, pode-se dizer que praticamente
não existe diferença entre as capacidades de troca iônica da resina e das membranas
produzidas, o que assegura a boa performance das membranas.
A 1ª Lei de Fick de difusão, foi usada para analisar os dados de transporte
para as membranas. Essas investigações mostraram que o coeficiente de solubilidade
para a membrana de PSSR é maior que para a de PSSv, devido ao menor
enovelamento das cadeias da macromolécula que é causado pela menor massa molar.
A menor massa molar foi verificada através do menor valor de viscosidade intrínseca obtido para o PSSR, pois a viscosidade intrínseca está diretamente relacionada com a
massa molar dos polímeros. O coeficiente de permeabilidade da água através das
membranas de poliestireno sulfonado é dez vezes maior que nos filmes de PS, o que
comprova que a sulfonação aumenta a permeabilidade das membranas. Isto se deve à
introdução dos grupos ativos SO3H que tomam o PSS hidrofílico, pois possuem
grande afinidade pela água. Foi constatado que o coeficiente de difusão para a água
através das membranas é menor para a membrana de poliestireno reciclado. O fator
que conduz a este resultado é a maior porcentagem de água das membranas de PSSR,
que causa uma diminuição do coeficiente de difusão devido à formação de clusters.
Abstract
In this work, membranes of sulfonated polystyrene were produced through the
recycling of post-consumption plastic cups and plates. The polystyrene was
chemically recycled through the reaction of sulfonation of the aromatic rings, which
added active (SO3H) groups into the material. In order to compare, sulfonated virgin
polystyrene membranes were also produced. Such membranes were characterized
through water sorption, water flux, viscosity, ion exchange capacity (IEC) and
infrared spectroscopy.
When comparing the ion exchange resin Amberlite IR 120 and the
membranes’ infrared spectra, one can notice that the resin absorption bands attributed
to the out-of-plane C-H bending and to the symmetric SO2 stretching are dislocated.
These dislocations are probably due to the existing cross-links in the resin structure,
which were produced by the cross-link agent divinylbenzene (DVB).
The resin which was mentioned above was used as a parameter of comparison
in order to characterize the ion exchange membranes. We concluded that the
difference between the IEC values of the membranes and the resin is about 40%.
However, it also should be noticed that the difference concerning to the sulfonic
group percentage is about 35% in the commercial ion exchange resin, while in the
membranes this value is lower than 25%. Thus, it can be said that there is practically
no difference between the ion exchange capacity of the resin and that of the
membranes.
The ‘first Fick’s law’ was used to analyze the transport data for the
membranes. These investigations showed that the solubility coefficient for the PSSR
membrane is higher than the one for PSSv due to the lower coiling of the
macromolecule chains, which is caused by the lower molar weight. The lower molar
mass was verified through the lower intrinsic viscosity value obtained for PSSR, since
the intrinsic viscosity is directly related to the molar weight of polymers, The
coefficient of water permeability through the sulfonated polystyrene membranes is
ten times higher than through the PS membranes, what confirms that the sulfonation reaction increases the membrane permeability. This is due to the introduction of the
active $03H groups which make the PSS hydrophilic since they have a great affinity
to the water. It was verified that the coefficient of water diffusion for the membranes
is lower than for the recycled polystyrene membrane. The factor that leads to this
result is the higher water percentage of the PSSR membranes, which cause a
diminishing in the coefficient of diffusion due to the production of clusters.
Palavras-chave
Poliestireno, Membranas de troca iônica, Polystyrene, Ion exchange membranes
Citação
BRANDÃO, Larissa Reis. Síntese de caracterização de membranas de troca iônica a partir de copos e pratos de poliestireno descartados. 2004. 72 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2004.56.
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