Impressão 3D de Membranas à base de Zeólitas com Porosidade Hierárquica via Emulsificação

Abstract

A necessidade de desenvolver materiais capazes de realizar processos de separação de forma seletiva tem impulsionado o estudo de membranas e de materiais porosos para diferentes aplicações industriais. Nesse contexto, as zeólitas apresentam elevado potencial para a fabricação de membranas devido à sua estrutura porosa e às propriedades de adsorção e transporte, enquanto a utilização de manufatura aditiva possibilita o desenvolvimento de estruturas com geometria e porosidade controladas. Assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver pastas cerâmicas à base de zeólita 13X para a produção de estruturas porosas por impressão 3D, buscando favorecer a formação de porosidade em diferentes escalas por meio da incorporação de sílica modificada com ácido valérico ou propilgalato. A zeólita 13X foi caracterizada por fluorescência de raios X (FRX), análise térmica diferencial (DTA) e termogravimétrica (TGA), enquanto as pastas foram avaliadas quanto ao seu comportamento reológico e as estruturas obtidas foram caracterizadas por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de FRX indicaram predominância de SiO₂, Al₂O₃ e Na₂O, consistente com a composição de um aluminossilicato de sódio do tipo 13X. As análises de DTA/TGA evidenciaram que a principal alteração térmica da zeólita está associada à remoção de água em baixas temperaturas. Os ensaios reológicos demonstraram comportamento pseudoplástico para ambas as formulações, caracterizado pela diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, condição favorável ao processamento por impressão 3D. A pasta contendo sílica modificada com ácido valérico apresentou maiores valores de viscosidade em comparação à formulação com propilgalato, indicando maior resistência ao escoamento. As análises por MO e MEV evidenciaram a manutenção da geometria das estruturas após a impressão e a presença de vazios em diferentes escalas, tanto associados à geometria dos filamentos quanto distribuídos no interior da matriz. Dessa forma, os resultados demonstram o potencial da associação entre zeólita 13X, modificação da sílica e impressão 3D para o desenvolvimento de estruturas porosas, constituindo um abordagem promissora para o desenvolvimento de materiais destinados a processos de separação por membranas.