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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38593| Título: | Aplicação de membranas poliméricas incorporadas com cortiça para purificação de biodiesel produzido a partir de óleo residual |
| Título(s) alternativo(s): | Application of polymeric membranes incorporated with cork for purification of biodiesel produced from waste oil |
| Autor(es): | Romansina, Bruna Clara |
| Orientador(es): | Gomes, Maria Carolina Sérgi |
| Palavras-chave: | Filtração por membranas Biodiesel Glicerina Sobreiro Membrane separation Biodiesel fuels Glycerin Cork |
| Data do documento: | 27-Ago-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Apucarana |
| Citação: | ROMANSINA, Bruna Clara. Aplicação de membranas poliméricas incorporadas com cortiça para purificação de biodiesel produzido a partir de óleo residual. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Apucarana, 2025. |
| Resumo: | O crescente interesse por tecnologias sustentáveis tem impulsionado cada vez mais a produção de biocombustíveis como o biodiesel. Contudo, na produção de biodiesel, a etapa convencional de purificação necessita de um alto consumo de água e gera altos volumes de efluente, ocasionando um impacto ambiental. Neste contexto, tem-se buscados processos alternativos de purificação, como o processo de separação por membranas. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de membranas poliméricas incorporadas com resíduo de cortiça e a sua aplicação na purificação de biodiesel. As membranas poliméricas foram preparadas pela técnica de inversão de fases, utilizando polietersulfona como polímero, polivinilpirrolidona como copolímero, dimetilacetamida como solvente e cortiça como aditivo. Foram produzidas membranas com a adição de 0,2, 0,5 e 1% de cortiça e também uma membrana isenta de aditivo para fins comparativos. Estas membranas foram empregadas em um módulo de filtração perpendicular e caracterizadas quanto à permeabilidade hidráulica, ao ângulo de contato, ao grau de entumecimento, às propriedades térmicas e à morfologia. Foram realizados dois processos de purificação: um com a mistura reacional, previamente rotaevaporada, produzida a partir de óleo de algodão residual por transesterificação etílica alcalina e outro processo apenas com a fase leve em ésteres obtida após a rotaevaporação da mistura reacional e a decantação prévia das fases. Na filtração da mistura reacional, foi investigada a adição de água acidificada à alimentação em teores de 1, 5 e 10%, sob pressão de 1 bar. Também se avaliou a influência da composição da membrana nas condições de filtração a 1 bar e, por fim, o processo de filtração em série, utilizando duas membranas novas da mesma composição e pressão de 1 bar, sendo escolhida aquela que apresentou melhor desempenho de retenção de fase pesada durante a filtração. Para a fase leve, testou-se igualmente a adição de água acidificada (1, 5 e 10%) sob pressão de 1 bar. Além disso, analisou-se a influência da composição da membrana na filtração a 1 bar e, com a membrana que apresentou maior retenção de glicerol durante a filtração, avaliou-se o efeito da pressão, empregando as pressões de 0,5 e 2 bar. Os resultados de caracterização das membranas indicaram que estas apresentam características típicas de membranas de ultrafiltração, com superfície hidrofóbica. Para a mistura reacional, a membrana incorporada com 0,5 % de cortiça apresentou a maior retenção de fase pesada (53,33 %) e foi utilizada para a filtração em série, alcançando a retenção total de 76,67 %, demonstrando a eficácia dessa estratégia. A purificação da fase leve apresentou maior eficiência ao utilizar a membrana incorporada com 1 % de cortiça, resultando em uma retenção de 91,75 % e teor de glicerol livre no permeado de 0,008 %. Também foi avaliado o efeito da pressão, verificando-se que, a 0,5 bar, obteve-se a maior retenção de glicerol (93,62%) e a menor fração de glicerol livre (0,006%). Adicionalmente, observou-se que as membranas foram capazes de reter sabões presentes na mistura reacional e na fase leve. A retenção desses compostos é essencial, pois os sabões dificultam a separação das fases e reduzem o fluxo, comprometendo a qualidade do biodiesel purificado. Foi também realizado o estudo de fouling das membranas onde observou-se que as membranas utilizadas na filtração da fase leve recuperaram mais de 90 % do fluxo inicial após limpeza, enquanto as utilizadas para a mistura reacional sofreram degradação irreversível e aumento de fluxo associado à danificação da estrutura porosa. Por fim, as análises mostraram que praticamente todas as propriedades do biodiesel produzido atendem às especificações da ANP para comercialização. Em comparação com a retenção de glicerol obtida pela membrana, a rota convencional de lavagem aquosa gerou uma grande quantidade de água residual e não promoveu a separação eficiente das fases, devido à elevada concentração de sabões, evidenciando, dessa forma que o processo de purificação de biodiesel utilizando membranas incorporadas é uma alternativa viável e ambientalmente favorável à lavagem aquosa. |
| Abstract: | The growing interest in sustainable technologies has increasingly driven the production of biofuels such as biodiesel. However, the conventional purification step in biodiesel production requires high water consumption and generates large volumes of effluent, causing significant environmental impact. In this context, alternative purification processes, such as membrane separation, have been investigated. Therefore, this study aimed to develop polymeric membranes incorporated with cork residue and apply them to biodiesel purification. The polymeric membranes were prepared by the phase inversion technique using polyethersulfone as the polymer, polyvinylpyrrolidone as the copolymer, dimethylacetamide as the solvent, and cork as an additive. Membranes were produced with the addition of 0.2, 0.5, and 1% cork, as well as a membrane without additive for comparison. These membranes were employed in a dead-end filtration module and characterized in terms of hydraulic permeability, contact angle, swelling degree, thermal properties, and morphology. Two purification processes were performed: one with the reaction mixture, previously rotaryevaporated, obtained from ethylic alkaline transesterification of waste cottonseed oil, and another with the ester-rich light phase obtained after rotary evaporation of the reaction mixture and preliminary phase decantation. In the filtration of the reaction mixture, the addition of acidified water to the feed was investigated at concentrations of 1, 5, and 10%, under 1 bar. The effect of membrane composition under the same conditions was also evaluated, and, finally, serial filtration was performed with two new membranes of the same composition at 1 bar, selecting the one that exhibited the best performance in heavy-phase retention. For the light phase, the addition of acidified water (1, 5, and 10%) at 1 bar was also tested. Furthermore, the influence of membrane composition was analyzed at 1 bar, and, using the membrane with the highest glycerol retention, the effect of pressure was assessed at 0.5 and 2 bar. Membrane characterization results indicated typical ultrafiltration features, with hydrophobic surfaces. For the reaction mixture, the membrane containing 0.5% cork achieved the highest heavy-phase retention (53.33%) and was employed in serial filtration, reaching a total retention of 76.67%, demonstrating the effectiveness of this strategy. For the light phase, the membrane containing 1% cork showed the best performance, resulting in 91.75% retention and a free glycerol content in the permeate of 0.008%. The pressure effect was also evaluated, and at 0.5 bar the highest glycerol retention (93.62%) and the lowest free glycerol fraction (0.006%) were obtained. In addition, the membranes were able to retain soaps present in both the reaction mixture and the light phase. Soap retention is essential, since these compounds hinder phase separation and reduce flux, compromising the quality of purified biodiesel. A fouling study was also carried out, showing that membranes used for light-phase filtration recovered more than 90% of the initial flux after cleaning, whereas those used for the reaction mixture underwent irreversible degradation and flux increase associated with damage to the porous structure. Finally, analyses showed that almost all properties of the biodiesel produced met the ANP specifications for commercialization. Compared with glycerol retention by the membranes, the conventional water-washing route generated a large amount of wastewater and did not promote efficient phase separation due to the high concentration of soaps. Thus, biodiesel purification using cork-incorporated membranes proves to be a feasible and environmentally favorable alternative to water washing. Keywords: Membrane separation; |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38593 |
| Aparece nas coleções: | AP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
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