Produção de meios filtrantes para ar a base de isopor reciclado utilizando a técnica de eletrofiação: avaliação de variáveis de processo e incorporação de surfactantes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Ventin, Luis Augusto Fernandez
Orientador(a): Béttega, Vádila Giovana Guerra lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22789
Resumo: Air quality and reuse of plastic waste are two problems that have challenged humanity and the terrestrial ecosystem. Expanded polystyrene (PS-E) can be recycled to produce air filtering media to, simultaneously, address these two problems. Thus, this work had as objective to develop air filters from recycled PS-E produced via electrospinning. Process variables such as polymer concentration, spinning time, type of collecting substrate, and the addition or not of ionic surfactants were investigated. The influence of the collecting substrate on the formation of nanofibers was observed, the nylon mesh resulted in a reduced area of fiber deposition and incomplete evaporation of solvent. Samples spun on steel mesh maintained surface electric potential (TES) even after 30 days, while those electrospun on copper mesh have their surface voltage completely dissipated after 7 days. An atypical phenomenon was observed in some samples that presented momentary increase of TES, possibly related to the surface redistribution of charges. Electret filters presented overall efficiencies higher than 90% for particles with average diameter of 0.25 μm (MP0,25), with quality factors (QFs) varying between 0.035 and 0.064 Pa⁻¹. However, after electrostatic discharge, the overall efficiency was reduced to values between 52.26% and 76.89%, and the QF decreased to the range of 0.008 to 0.024 Pa⁻¹. The polarity of the voltage applied during electrospinning does not appear to have effect on the collection efficiency, but affects the morphology of the fibers, with the samples of negative polarity presenting greater occurrence of structural defects. The addition of ionic surfactants cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and sodium dodecyl sulfate (SDS) resulted in absence of TES (0 kV), indicating that the increase of the conductivity of the solution facilitated the escape of the charges. Despite the absence of the electret character, these filters exhibited high collection efficiency, higher than 99.2% for MP0,25. Moreover, the formation of self-assembling fibrous stacking as well as the presence of electrowebs was observed. These results contribute to the understanding of production of electret filters and reinforce the possibility of employment of recycled PS-E as raw material for the production of air filtering media.
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Expanded polystyrene (PS-E) can be recycled to produce air filtering media to, simultaneously, address these two problems. Thus, this work had as objective to develop air filters from recycled PS-E produced via electrospinning. Process variables such as polymer concentration, spinning time, type of collecting substrate, and the addition or not of ionic surfactants were investigated. The influence of the collecting substrate on the formation of nanofibers was observed, the nylon mesh resulted in a reduced area of fiber deposition and incomplete evaporation of solvent. Samples spun on steel mesh maintained surface electric potential (TES) even after 30 days, while those electrospun on copper mesh have their surface voltage completely dissipated after 7 days. An atypical phenomenon was observed in some samples that presented momentary increase of TES, possibly related to the surface redistribution of charges. Electret filters presented overall efficiencies higher than 90% for particles with average diameter of 0.25 μm (MP0,25), with quality factors (QFs) varying between 0.035 and 0.064 Pa⁻¹. However, after electrostatic discharge, the overall efficiency was reduced to values between 52.26% and 76.89%, and the QF decreased to the range of 0.008 to 0.024 Pa⁻¹. The polarity of the voltage applied during electrospinning does not appear to have effect on the collection efficiency, but affects the morphology of the fibers, with the samples of negative polarity presenting greater occurrence of structural defects. The addition of ionic surfactants cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and sodium dodecyl sulfate (SDS) resulted in absence of TES (0 kV), indicating that the increase of the conductivity of the solution facilitated the escape of the charges. Despite the absence of the electret character, these filters exhibited high collection efficiency, higher than 99.2% for MP0,25. Moreover, the formation of self-assembling fibrous stacking as well as the presence of electrowebs was observed. These results contribute to the understanding of production of electret filters and reinforce the possibility of employment of recycled PS-E as raw material for the production of air filtering media.Qualidade do ar e reaproveitamento de resíduos plásticos são dois problemas que tem desafiado a humanidade e o ecossistema terrestre. Poliestireno expandido (PS-E) pode ser reciclado para produção de meios filtrantes de ar de forma a, simultaneamente, abordar esses dois problemas. Desse modo, este trabalho teve como objetivo desenvolver filtros de ar a partir de PS-E reciclado produzidos via eletrofiação. Foram investigadas as variáveis de processo como concentração de polímero, tempo de fiação, tipo de substrato de coleta, e a adição ou não de surfactantes iônicos. Observou-se a influência do substrato de coleta sobre a formação de nanofibras, a malha de nylon resultou em uma área reduzida de deposição de fibras e evaporação incompleta de solvente. Amostras fiadas em malha de aço mantiveram tensão elétrica superficial (TES) mesmo após 30 dias, enquanto aquelas eletrofiadas sobre malha de cobre tem sua voltagem superficial dissipada completamente após 7 dias. Um fenômeno atípico foi observado em algumas amostras que apresentaram aumento momentâneo da TES, possivelmente relacionada à redistribuição superficial das cargas. Filtros eletretos apresentaram eficiências globais superiores a 90% para partículas com diâmetro médio de 0,25 μm (MP0,25), com fatores de qualidade (QFs) variando entre 0,035 e 0,064 Pa-1. Porém, após descarregamento eletroestático, a eficiência global foi reduzida para valores entre 52,26% e 76,89%, e o QF diminuiu para a faixa de 0,008 a 0,024 Pa-1. A polaridade da tensão aplicada durante eletrofiação não aparenta ter efeito sobre a eficiência de coleta, mas afeta a morfologia das fibras, com as amostras de polaridade negativa apresentando maior ocorrência de defeitos estruturais. A adição de surfactantes iônicos brometo de cetiltrimetilamônia (CTAB) e dodecil sulfato de sódio (SDS) resultou na ausência TES (0 kV), indicando que o aumento da condutividade da solução facilitou o escape das cargas. Apesar da ausência do caráter eletreto, esses filtros exibiram alta eficiência de coleta, superiores a 99,2% para MP0,25. Além disso, observou-se a formação de self-assembling fibrous stacking bem como a presença de electrowebs. Estes resultados contribuem para o entendimento de produção de filtros eletretos e reforçam a possibilidade de emprego de PS-E reciclado como matéria-prima para produção de meios filtrantes de ar.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)88887.908236/2023-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEletrofiaçãoPolaridadeEletretosNanofibrasFiltraçãoElectrospinningPolarityElectretsNanofibersFiltrationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA13. Ação contra a Mudança Global do Clima9. Indústria, Inovação e Infraestrutura12. Consumo e Produção ResponsáveisProdução de meios filtrantes para ar a base de isopor reciclado utilizando a técnica de eletrofiação: avaliação de variáveis de processo e incorporação de surfactantesProduction of recycled expanded polystyrene-based air filter media via electrospinning: evaluation of process variables and incorporation of surfactantsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8900https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c4b06c47-1f87-4730-94d6-f95d454b8f56/download8c77c82fc92afed9d3a102b25078ca0dMD51falseAnonymousREADORIGINALDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdfDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdfapplication/pdf37128507https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a28a5884-df91-49dd-b2ff-43c5c176758c/download138327cffebdf86ca913706d8e30415dMD52trueAnonymousREADTEXTDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdf.txtDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdf.txtExtracted texttext/plain102990https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6eec3c8e-63dd-4a5e-9e67-f92aeab1e49c/downloaddf28452659b25682ce64e156da9a9366MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdf.jpgDissertação Final_Luis Augusto Fernandez Ventin.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4442https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b9070d4c-6d85-4430-9a55-3f3fc333e95d/downloadb0e350ca29848e525748d34e12bd515fMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/227892025-09-19T03:04:41.019879Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/Attribution-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22789https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-09-19T03:04:41Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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