Desenvolvimento de membranas adsorventes por impressão 3D de compósitos porosos grafeno-zeólita derivados de resíduos agroindustriais

Abstract

A crescente demanda por materiais sustentáveis para o tratamento de água tem impulsionado o desenvolvimento de adsorventes obtidos a partir de matérias-primas alternativas. Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados compósitos grafeno-zeólita produzidos por impressão 3D via robocasting, utilizando cinza da casca de arroz e resíduo de anodização de alumínio como fontes de sílica e alumínio para a síntese hidrotérmica da fase zeolítica. Inicialmente, foi desenvolvida uma pasta cerâmica adequada ao processo de impressão por meio de ajuste reológico utilizando o modelo de Krieger-Dougherty, definindo-se a composição com 37,5% de sólidos. As estruturas impressas foram posteriormente sinterizadas, submetidas à síntese hidrotérmica e modificadas superficialmente por impregnação com grafeno. Os materiais foram caracterizados por fluorescência de raios X (FRX), difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), picnometria, granulometria, determinação da porosidade, ensaios de permeabilidade e adsorção física de nitrogênio pelo método de Brunauer-Emmett-Teller (BET). Os resultados confirmaram a formação predominante da fase sodalita, obtendo-se estruturas com porosidade total de 71,7%, retração linear média de 9,69% e aumento de aproximadamente 16% da área superficial específica após a impregnação com grafeno, passando de 0,609 para 0,728 m²/g. Os ensaios de permeabilidade indicaram comportamento compatível com materiais do tipo honeycomb, evidenciando elevada capacidade de transporte de fluido decorrente da arquitetura produzida por robocasting. De modo geral, a integração entre síntese zeolítica a partir de resíduos, impregnação com grafeno e manufatura aditiva mostrou-se tecnicamente viável para a obtenção de estruturas adsorventes com elevada permeabilidade e potencial para aplicação em sistemas de tratamento e purificação de água.