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Os processos de separação por membranas são utilizados para fraccionar misturas e para concentrar e purificar componentes. O fraccionamento de proteínas por ultrafiltração e a eliminação de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) por pervaporação são dois dos processos mais promissores.
No entanto, a eficiência da separação está limitada pela polarização por concentração. No fraccionamento de proteínas, a permeabilidade de uma proteína aumenta com a sua concentração à superfície da membrana. A proteína menos permeável é rejeitada e forma-se uma camada limite de transferência de massa. A permeabilidade da proteína menos permeável aumenta com a sua concentração e a selectividade da membrana diminui. Na remoção de COVs por pervaporação, a concentração de COVs diminui na vizinhança membrana. Como a concentração diminui, a força directriz através da membrana diminui, e consequentemente, o fluxo de permeado diminui. Foram propostos vários mecanismos para minimizar a polarização por concentração: promotores de turbulência, jactos de impacto, vórtices de Dean e escoamento oscilatório. Ironicamente, a polarização por concentração é um estado de elevada separação entre o soluto e o solvente, um objectivo desejável, mas alguns dos mecanismos propostos acabam por misturar os componentes que já estavam separados. Apesar de tudo, existem algumas soluções para o problema da polarização por concentração que tiram partido da separação efectiva entre soluto e solvente. Estas soluções baseiam-se em células híbridas, células que combinam em série e alternadamente dois tipos diferentes de membranas.
Neste projecto, vão ser estudados dois tipos de células híbridas (I e II). O tipo I vai ser utilizado para fraccionar dois solutos em solução e terá secções com membranas que rejeitam um dos solutos, alternando com secções com membranas permeáveis a todos os componentes da mistura. Nesta célula, a camada limite é interrompida pelas membranas permeáveis a todos os componentes, a polarização  |
Summary
Os processos de separação por membranas são utilizados para fraccionar misturas e para concentrar e purificar componentes. O fraccionamento de proteínas por ultrafiltração e a eliminação de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) por pervaporação são dois dos processos mais promissores.
No entanto, a eficiência da separação está limitada pela polarização por concentração. No fraccionamento de proteínas, a permeabilidade de uma proteína aumenta com a sua concentração à superfície da membrana. A proteína menos permeável é rejeitada e forma-se uma camada limite de transferência de massa. A permeabilidade da proteína menos permeável aumenta com a sua concentração e a selectividade da membrana diminui. Na remoção de COVs por pervaporação, a concentração de COVs diminui na vizinhança membrana. Como a concentração diminui, a força directriz através da membrana diminui, e consequentemente, o fluxo de permeado diminui. Foram propostos vários mecanismos para minimizar a polarização por concentração: promotores de turbulência, jactos de impacto, vórtices de Dean e escoamento oscilatório. Ironicamente, a polarização por concentração é um estado de elevada separação entre o soluto e o solvente, um objectivo desejável, mas alguns dos mecanismos propostos acabam por misturar os componentes que já estavam separados. Apesar de tudo, existem algumas soluções para o problema da polarização por concentração que tiram partido da separação efectiva entre soluto e solvente. Estas soluções baseiam-se em células híbridas, células que combinam em série e alternadamente dois tipos diferentes de membranas.
Neste projecto, vão ser estudados dois tipos de células híbridas (I e II). O tipo I vai ser utilizado para fraccionar dois solutos em solução e terá secções com membranas que rejeitam um dos solutos, alternando com secções com membranas permeáveis a todos os componentes da mistura. Nesta célula, a camada limite é interrompida pelas membranas permeáveis a todos os componentes, a polarização é controlada e são produzidas duas correntes com composições muito diferentes. O tipo II terá secções permeáveis a um componente A alternando com secções permeáveis a um componente B. Ao longo de uma secção, o componente A atravessa preferencialmente a membrana e o B acumula-se ao longo da membrana formando uma camada limite. Na secção seguinte, a membrana é permeável ao componente B e a camada limite deste componente é limpa enquanto o componente A se acumula formando uma nova camada limite. Os componentes A e B são recolhidos em colectores independentes. Uma célula do tipo I pode ser, por exemplo, uma célula para separar proteínas composta por membranas de ultrafiltração alternadas com membranas totalmente permeáveis. Uma célula do tipo II pode ser, por exemplo, uma célula para remover COVs de águas residuais composta por membranas de osmose inversa alternadas com membranas de pervaporação. |