Preparação, caracterização e avaliação toxicológica de membranas de nanofiltração

Abstract

A água potável no mundo está cada vez mais escassa e, portanto, existe a necessidade de desenvolver alternativas de tratamento de água, visando processos eficientes e de baixo custo. Entre os processos existentes, destaca-se a nanofiltração (NF) por membranas, que promove uma separação de alta eficiência e baixo gasto energético. Desta forma, este trabalho objetivou preparar membranas poliméricas de NF e estudar a eficiência de rejeição de íons de sais mono e divalentes em sistema piloto de filtração e avaliar a toxicologia dos componentes das membranas com o microcrustáceo de água doce Daphnia magna e células Vero. As membranas poliméricas preparadas foram de polissulfona (PSF), estruturadas com nanotubos de SiO2 (NTS), e de quitosana (QTS) reticulada com epicloridrina (EPC) com NTS funcionalizados com uma molécula aminosilano (NTS-F). Os NTS e NTS-F foram caracterizados por FTIR, BET, PZ, DRX e MET e as membranas por grau de molhabilidade (PSF) e intumescimento (QTS), ângulo de contato, MEV-FEG, EDS, AFM e permeabilidade. A eficiência de rejeição de íons das membranas foi avaliada com os sais NaCl e MgCl2 em modo dead-end. Também foi determinada a toxicidade dos NTS, NTS-F através de testes agudos e crônicos com D. magna e ensaio do MTT com células Vero. O teste agudo com D. magna foi realizado também para o lixiviado das membranas. Para todos os testes com D. magna e células Vero, observou-se que o NTS-F apresentou maior toxicidade, indicando maior reatividade da superfície dos NTS-F, atribuída à presença dos grupos amina que resultou no aumento de afinidade com os organismos. Com NTS-F incorporados nas membranas a toxicidade foi mais reduzida do que para a forma livre dos NT, sugerindo que houve imobilização dos mesmos pela membrana. Para os ensaios de rejeição de íons de sais, houve uma baixa seletividade, sendo o maior percentual de 13,70%, para MgCl2 e 10,16% para NaCl, concluindo-se, assim, que esta composição de membrana de NF apresenta baixa eficiência na remoção dos sais testados.<br>

Abstract : The world's drinking water is becoming increasingly scarce and, therefore, there is a need to develop water treatment alternatives, aiming efficient processes at low cost. Among the existing processes, nanofiltration (NF) membranes are highlighted, which promote high efficiency and low energy demand. Thus, this work aimed to prepare polymeric membranes for NF and study mono and divalent salt ions rejection efficiency in a pilot filtration system and evaluate the membrane?s components toxicology using freshwater microcrustacean Daphnia magna and Vero cells. The prepared polymer membranes were polysulphone (PSF), structured with SiO2 nanotubes (SNT), and chitosan (CS) crosslinked by epichlorohydrin, structured with SNT functionalized with an aminosilane molecule (F-SNT). The SNT and F-SNT were characterized by FTIR, BET, PZ, XRD and TEM and the membranes by water uptake (PSF) and swelling (CS) degree, contact angle, SEM-FEG, EDS, AFM and permeability. The evaluation of membrane?s ion rejection efficiency was conducted with NaCl and MgCl2 salts in dead-end mode. It was also determined the toxicity of SNT F-SNT through acute and chronic tests with D. magna and MTT assay with Vero cells. The acute test with D. magna was also performed for the leached PSF and CS membranes. For all the tests with D magna and Vero cells, it was observed that the F-SNT showed higher toxicity, indicating greater reactivity of the surface of F-SNT, attributed to the presence of amine groups that resulted in increased affinity with the organisms. With F-SNT incorporated in the membranes, the toxicity was much lower than for the NT free form, suggesting their immobilization by the membrane. For the salt ions removal test, there was a low rejection rate, with the highest percentage of 13.70% for MgCl2 and 10.16% for NaCl, concluding, therefore, that this NF membrane composition is not effective for the removal of these salts.