Análise teórica e desempenho experimental da nanofiltração de soluções binárias e ternárias de ácido succínico

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Díaz, Paola Andrea Borda
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
UFRJ
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/25623
Resumo: Fermentation is an alternative for the production of dicarboxylic acids on a large scale. However, the fermentation process still needs to be improved. Nanofiltration has been studied as a post-fermentative step to improve purification and intensify the production process. In this work, the transport of a dicarboxylic acid, succinic acid, through nanofiltration membranes was investigated. The effects of gauge pressure, pH, succinic acid concentration and the presence of glucose (as a neutral solute) and salts (NaCl and MgSO4) on acid rejection and permeate flux were evaluated. It has been found that acid rejection increases with pH and can drastically change from <10% at low pH to> 90% at high pH. There is also an increase in rejection as the effective pressure applied increases. The permeate flux increases with effective pressure and, in general, can decrease up to 91% when pH increases from 2.40 to 7.60. However, it was observed that the permeate flux increased or remained constant at pHs close to the isoelectric points due to the absence of the electroviscous effect. Also, at pH values close to the membrane isoelectric point, the increase in the concentration of NaCl and MgSO4 influences the succicnic acid rejection by increasing it. On the other hand, succinic acid rejection is lowered by the presence of MgSO4 at pH of 7.60 due to the screening effect. In addition to the experimental studies, the Maxwell-Stefan approach was applied to describe succinic acid transport of across the nanofiltration membrane, in order to estimate permeate flux and rejection data. The model described well to the experimental results, except for pH values close to the isoelectric point and in ternary systems containing glucose/succinic acid/ water, due to changes in the electroviscous effect, concentration polarization and possible preferential solvation.
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The permeate flux increases with effective pressure and, in general, can decrease up to 91% when pH increases from 2.40 to 7.60. However, it was observed that the permeate flux increased or remained constant at pHs close to the isoelectric points due to the absence of the electroviscous effect. Also, at pH values close to the membrane isoelectric point, the increase in the concentration of NaCl and MgSO4 influences the succicnic acid rejection by increasing it. On the other hand, succinic acid rejection is lowered by the presence of MgSO4 at pH of 7.60 due to the screening effect. In addition to the experimental studies, the Maxwell-Stefan approach was applied to describe succinic acid transport of across the nanofiltration membrane, in order to estimate permeate flux and rejection data. The model described well to the experimental results, except for pH values close to the isoelectric point and in ternary systems containing glucose/succinic acid/ water, due to changes in the electroviscous effect, concentration polarization and possible preferential solvation.O ácido succínico é um importante produto químico de base, e a sua produção por via fermentativa a partir de várias fontes de carbono tem sido considerada como alternativa à rota petroquímica. A nanofiltração tem sido estudada como uma etapa pósfermentativa para aprimorar a purificação e intensificar o processo de produção. Neste trabalho, foi investigado o transporte do ácido succínico através de membranas de nanofiltração. Foram avaliados os efeitos de pressão operacional, pH, concentração do ácido succínico e presença de glicose (soluto neutro) e de sais (NaCl e MgSO4) na rejeição de ácido e no fluxo de permeado. Verificou-se que a rejeição de ácido aumenta com o pH, mudando drasticamente de valores < 10% em pHs baixos a >90% em pHs altos. Observa-se que há um aumento da rejeição quando a pressão efetiva aplicada aumenta. O fluxo de permeado aumenta com a pressão e, em geral, pode diminuir até 91% com o aumento do pH de 2,40 a 7,60. Contudo, observou-se que o fluxo de permeado aumentou ou permaneceu constante nos pHs próximos dos pontos isoelétricos devido à ausência do efeito eletroviscoso. Também, em valores de pH próximos do ponto isoelétrico da membrana, o aumento da concentração de NaCl e MgSO4 influencia na rejeição do ácido succínico aumentando-a. Por outro lado, a rejeição de ácido succínico diminui na presença de MgSO4 no pH de 7,60 devido ao efeito de blindagem. Além dos estudos experimentais, a abordagem de Maxwell-Stefan foi aplicada para descrever o transporte do ácido succínico através da membrana de nanofiltração. O modelo adaptou-se bem aos resultados experimentais, exceto para valores de pH próximos ao ponto isoelétrico e em sistemas ternários contendo ácido succínico/glicose/água, devido a alterações no efeito eletroviscoso, à polarização de concentração e à possível solvatação preferencial.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRJHabert, Alberto Claudiohttp://lattes.cnpq.br/4239900767153347http://lattes.cnpq.br/8717703309974223Kronemberger, Frederico de Araujohttp://lattes.cnpq.br/4295594161022260Ferraz, Helen Conceiçãohttp://lattes.cnpq.br/1820877582714129Pinho, Maria Norberta doSantana, Cesar Costapintohttp://lattes.cnpq.br/8458559657676452Luccio, Marco dihttp://lattes.cnpq.br/4651216884517824Díaz, Paola Andrea Borda2025-04-25T12:56:14Z2025-04-27T03:00:10Z2020-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisDÍAZ, Paola Andrea Borda. 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