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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0941-3501
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Síntese de caracterização de membranas de troca iônica a partir de copos e pratos de poliestireno descartados
Alternate title (s): Characterization synthesis of ion exchange membranes from discarded polystyrene cups and plates
Author: Brandão, Larissa Reis
First Advisor: Rodrigues Filho, Guimes
Second Counselor: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
First member of the Committee: Romero, José Ricardo
Summary: 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.
Keywords: Poliestireno
Membranas de troca iônica
Polystyrene
Ion exchange membranes
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: 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. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2004.56.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2004.56
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29523
Date of defense: 2004
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