Manufacturing of polysiloxane-based microfiltration ceramic membranes by tape casting for premix emulsification process

Abstract

Abstract : In this work, an investigation on the manufacturing of polysiloxane-based microfiltration membranes is presented. The shaping technique employed was tape casting in conjunction with different pore forming strategies. First, polysiloxanes were used as ceramic precursor for the preparation of a symmetric microfiltration SiOC-based membrane. Po-rosity and surface properties were tailored by sacrificial pore forming content (azodicarbonamide) and pyrolysis temperature (600 or 1000 °C) under nitrogen atmosphere, respectively. Secondly, mullite-based pow-der (3Al2O3·2SiO2) were synthesized using polymethylsiloxane as silica precursor and aluminum diacetate as alumina precursor. High purity mullite powder (~99%) was obtained at relative low temperature and holding time (1200 °C/3 h). Additionally, the prepared powder was used to manufacture an asymmetric microfiltration mullite membrane via phase-inversion tape casting. The membranes were characterized by their morphology, macrostructure, composition, mechanical behavior, and water permeation flux. Finally, the most promising membranes produced by both aforementioned methods were applied on premix membrane emulsification process. The SiOC and mullite membranes were compared to a commercially symmetric membrane (Por5 from Robuglas). The influence of membrane characteristics on the production of a fine emulsified oil-in-water emulsion was studied.

Neste trabalho é apresentado uma investigação sobre a manufatura de membranas de microfiltração baseadas em polissiloxanos. A técnica de conformação empregada foi o tape casting em conjunto com diferentes estratégias para formação de poros. Primeiro, polissiloxanos foram usados como precursores cerâmicos para o preparo de membranas simétricas de microfiltração a base de SiOC. Porosidade e propriedades superficiais foram ajustadas pela variação do conteúdo de agente de sacrifício (azodicarbonamida) e temperatura de pirólise (600 ou 1000 °C) sob atmosfera de nitrogênio, respectivamente. Segundo, pó cerâmico a base de mulita (3Al2O3·2SiO2) foi sintetizado usando polimetilssiloxano como precursor de silica e diacetato de alumínio como precursor de alumina. Pó de mulita de alta pureza (~99%) foi obtido a uma temperatura e tempo de forno relativamente baixos (1200 °C/3 h). Adicionalmente, o pó preparado foi usado na manufatura de membranas de microfiltração feitas de mulita e com estrutura assimétrica via inversão de fase e tape casting. As membranas foram caracterizados pela sua morfologia, macroestrutura, microestrutura, composição, propriedades mecânicas e permeação de água. Finalmente, as membranas mais promissoras produzidas pelos métodos mencionados foram aplicadas no processo de emulsificação de pré-mistura. As membranas SiOC e mulita foram comparadas a uma membrana simétrica comercial (Por5 da Robuglas). A influência das características da membrana na produção de emulsões finas de óleo-em-água foi estudada.