Reaproveitamento de resíduos de poli(tereftalato de etileno) (PET) para a síntese de membranas voltadas ao tratamento de águas residuais

Abstract

A destinação inadequada do poli(tereftalato de etileno) (PET) tem gerado preocupações por conta de sua lenta degradação no meio-ambiente. As propriedades que permitem que o resíduo de PET persista diante do intemperismo também o tornam um ótimo candidato para a fabricação de membranas utilizadas em processos de separação. No entanto, os estudos envolvendo a utilização do PET pós-consumo para a produção de membranas concentram-se no reaproveitamento de garrafas, deixando de lado os resíduos de PET têxtil ou aqueles de coloração inconvencional, que durante a cadeia de reciclagem costumam ser separados durante as etapas de triagem e encaminhados a incineração ou a aterros sanitários. Assim, este estudo sintetizou membranas microporosas de PET a partir de diferentes tipos de resíduos coloridos, incluindo garrafas, cordas e têxteis, por meio da metodologia de inversão de fases induzida por não solvente (NIPS). As membranas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e reflectância total atenuada (ATR-FTIR), índice de cristalinidade, ângulo de contato, porosidade, potencial zeta de superfície, fisissorção de N2 e pressão de entrada de líquido. O desempenho no processo de destilação por membranas a vácuo (DMV) foi avaliado em relação ao fluxo de água pura e à remoção de corante. A diferença entre o grau de processamento e a coloração das matérias-primas não produziu alterações na composição química das membranas. O comportamento térmico indicou uma cristalinidade mais alta por parte dos resíduos têxteis e aqueles que já haviam passado por um ciclo de reciclagem, ou reprocessamento, antes da NIPS. As membranas exibiram uma hidrofilicidade moderada (55 à 78°C), porosidade em uma faixa controlada (60,92 à 72,77%), alta resistência mecânica (LEP > 6 bar) e uma carga superficial predominantemente negativa a partir do pH 4. A análise das isotermas de fisissorção de N2 indicou a presença de poros pouco interconectados e com diâmetro médio reduzido (7,21 à 10,78 nm). O fluxo de água pura variou consideravelmente entre membranas, e valores considerados satisfatórios para a aplicação em DMV foram observados. A análise do permeado por espectroscopia UVVis demonstrou que as membranas produzidas a partir de resíduos coloridos não representam risco de contaminação por corantes. As membranas utilizadas nos testes com o efluente sintético apresentaram uma rejeição de corante de 100% Os resultados sugerem que os resíduos têxteis de PET reciclado apresentam um grande potencial como matéria-prima para a fabricação de membranas, e revelam a metodologia NIPS como uma alternativa inovadora para a valorização de resíduos de PET que dispensa etapas prévias de descoloração.

Abstract: The improper disposal of poly(ethylene terephthalate) (PET) has raised concerns due to its slow degradation in the environment. The same properties that allow PET waste to persist under weathering conditions also make it an excellent candidate for the fabrication of membranes used in separation processes. However, studies involving the use of post-consumer PET for membrane production have focused primarily on bottle-grade PET, overlooking textile residues or unconventionally colored PET, which are typically separated during the recycling chain and sent to incineration or landfills. In this context, this study synthesized microporous PET membranes from different types of colored waste, including bottles, ropes, and textiles, using the non-solvent induced phase separation (NIPS) method. The membranes were characterized by Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared spectroscopy (ATR-FTIR), crystallinity index, contact angle, porosity, surface zeta potential, N2 physisorption, and liquid entry pressure (LEP). Performance in the vacuum membrane distillation (VMD) process was evaluated in terms of pure water flux and dye removal. Differences in the degree of processing and the coloration of raw materials did not lead to changes in the chemical composition of the membranes. Thermal behavior indicated higher crystallinity for textile wastes and those that had undergone at least one recycling or reprocessing cycle before NIPS. The membranes exhibited moderate hydrophilicity (55?78°), porosity within a controlled range (60.92?72.77%), high mechanical resistance (LEP > 6 bar), and a predominantly negative surface charge above pH 4. The analysis of N2 physisorption isotherms indicated the presence of poorly interconnected pores with a reduced average diameter (7.21?10.78 nm). Pure water flux varied considerably among membranes, with values considered satisfactory for VMD applications. UV-Vis analysis of the permeate demonstrated that membranes produced from colored wastes did not pose a risk of dye contamination. Membranes tested with the synthetic effluent exhibited a dye rejection of 100%. The results suggest that recycled textile PET waste holds great potential as a raw material for membrane fabrication and highlight NIPS as an innovative alternative for PET waste valorization that eliminates the need for prior decolorization steps.