Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50305
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de membranas catiônicas à base de acetato de celulose para potencial aplicação em eletrodiálise
Alternate title (s): Development of cationic cellulose acetate-based membranes for potential application in electrodialysis
Développement de membranes cationiques à base d'acétate de cellulose pour potentiel application en électrodialyse
Author: Silva, Mayara Teixeira da
First Advisor: Resende, Miriam Maria de
First coorientator: Vieira, Rafael Bruno
First member of the Committee: Cardoso, Vicelma Luiz
Second member of the Committee: Arouca, Fabio de Oliveira
Third member of the Committee: Amorim, Eduardo Lucena Cavalcante de
Fourth member of the Committee: Felisbino, Romilda Fernandez
Summary: A poluição da água por metais pesados representa sérios riscos ambientais e à saúde pública, impulsionando o desenvolvimento de tecnologias de tratamento que sejam economicamente viáveis e sustentáveis. Neste contexto, este trabalho investigou o desenvolvimento e o desempenho de membranas de troca iônica à base de acetato de celulose (CA) por duas abordagens complementares: (i) incorporação de resíduos de teclados descartados e (ii) funcionalização com polietilenimina (PEI). Na primeira abordagem, foram produzidas membranas MStd (CA), MR (CA com resina catiônica comercial) e MKey (CA com partículas de teclado), avaliadas com e sem ativação ácida. As análises físico-químicas indicaram que MR e MKey apresentaram aumento significativo na capacidade de troca iônica (IEC) e na permeabilidade hidráulica, mantendo porosidade e absorção de água semelhantes à MStd, o que evidencia uma incorporação eficiente das fases adicionadas. Ensaios de difusão com Cu²⁺ (1200 ppm) mostraram que as membranas ativadas atingiram o equilíbrio mais rapidamente (180–240 min), indicando melhoria na cinética de transporte iônico. Na segunda abordagem, membranas CA/PEI foram desenvolvidas por uma estratégia simples de mistura, sem etapas de pós-funcionalização. A incorporação de PEI foi confirmada por FTIR e IEC, resultando em um aumento de aproximadamente três vezes na capacidade de troca iônica, sem prejuízo da permeabilidade hidráulica. Os experimentos de difusão revelaram transporte preferencial de Cu²⁺ em relação ao Zn²⁺ em sistemas binários, apesar da redução global do fluxo devido à competição por sítios ativos, indicando maior afinidade dos grupos amina da PEI por íons de cobre. De forma geral, ambas as estratégias demonstraram potencial para aprimorar a funcionalidade e o desempenho de membranas de CA, seja por meio da valorização de resíduos poliméricos ou da modificação química da matriz. Os resultados evidenciam que essas abordagens são promissoras para o desenvolvimento de membranas eficientes para a remoção de metais pesados em matrizes aquosas.
Abstract: Water pollution by heavy metals poses serious environmental and public health risks, driving the development of treatment technologies that are both economically viable and sustainable. In this context, this work investigated the development and performance of cellulose acetate (CA)-based ion-exchange membranes through two complementary approaches: (i) incorporation of waste-derived keyboard particles and (ii) functionalization with polyethyleneimine (PEI). In the first approach, MStd (CA), MR (CA with commercial cation-exchange resin), and MKey (CA with keyboard particles) membranes were produced and evaluated with and without acid activation. Physicochemical analyses indicated that MR and MKey exhibited significant increases in ion-exchange capacity (IEC) and hydraulic permeability, while maintaining porosity and water uptake similar to MStd, demonstrating efficient incorporation of the added phases. Diffusion experiments with Cu²⁺ (1200 ppm) showed that acid-activated membranes reached equilibrium more rapidly (180–240 min), indicating improved ion transport kinetics. In the second approach, CA/PEI membranes were developed using a simple blending strategy without post-functionalization steps. PEI incorporation was confirmed by FTIR and IEC analyses, resulting in an approximately threefold increase in ion-exchange capacity without compromising hydraulic permeability. Diffusion experiments revealed preferential transport of Cu²⁺ over Zn²⁺ in binary systems, despite an overall flux reduction due to competition for active sites, indicating a higher affinity of PEI amine groups for copper ions. Overall, both strategies demonstrated potential to enhance the functionality and performance of CA-based membranes, either through the valorization of polymeric waste or chemical modification of the matrix. These findings highlight the promise of such approaches for the development of efficient membranes for heavy metal removal from aqueous systems.
Keywords: Valorização de Resíduos
Mistura Polimérica
Membranas Catiônicas
Waste valorization
Polymer blend
Cationic membranes
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: SILVA, Mayara Teixeira da. Desenvolvimento de membranas catiônicas à base de acetato de celulose para potencial aplicação em eletrodiálise. 2026. 87 f. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.617.
Document identifier: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.617
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50305
Date of defense: 26-Aug-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 6. Água potável e saneamento - Garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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