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Processos de Separação por Membranas

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Série
Escola Piloto de
Engenharia Química
COPPE/UFRJ
Processos de 
Separação por 
Membranas
Alberto Cláudio Habert 
Cristiano Piacsek Borges
Ronaldo Nobrega
Apoio
Rio de Janeiro, 2006
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
© Alberto Cláudio Habert, Cristiano Piacsek Borges e Ronaldo Nobrega /E-papers 
Serviços Editoriais Ltda., 2006.
Todos os direitos reservados a Alberto Cláudio Habert, Cristiano Piacsek Borges e Ronal-
do Nobrega /E-papers Serviços Editoriais Ltda. É proibida a reprodução ou transmissão 
desta obra, ou parte dela, por qualquer meio, sem a prévia autorização dos editores.
Impresso no Brasil.
ISBN 85-7650-085-X
Projeto gráfico e diagramação
Livia Krykhtine
Foto da capa
Feixe de fibras ocas de microfiltração. 
Foto gentilmente cedida pela PAM Membranas Seletivas.
Revisão
Rachel Rodrigues
Esta publicação encontra-se à venda no site da
E-papers Serviços Editoriais.
http://www.e-papers.com.br
E-papers Serviços Editoriais Ltda.
Rua Mariz e Barros, 72, sala 202
Praça da Bandeira – Rio de Janeiro
CEP: 20.270-006
Rio de Janeiro – Brasil
H119p
Habert, Alberto Cláudio
Processos de separação com membranas / Alberto Cláudio Habert, 
Cristiano Piacsek Borges, Ronaldo Nobrega. 
Rio de Janeiro: E-papers, 2006
180p.: il.; . - (Escola piloto em engenharia química; 3)
Inclui bibliografia
ISBN 85-7650-085-X
1. Filtração por membranas. 2. Membranas filtrantes. 3. 
Engenharia química. I. Borges, Cristiano Piasek II. Ronaldo Nobrega. 
III. Título. IV. Série. 
06-3846. CDD 660.2842
 CDU 66.081
CIP-Brasil. Catalogação na Fonte 
Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Sumário
5 Apresentação
9 1. Aspectos Gerais dos Processos com Membranas
9 1. Introdução
12 2. Morfologia de membranas, força motriz e transporte
18 3. PSM comparados aos processos clássicos de separação
19 4. Aplicações dos PSM
20 5. Algumas vantagem dos PSM
21 6. O mercado mundial dos PSM
22 7. Referências bibliográfi cas
25 2. Preparo de Membranas
25 1. Introdução
27 2. Materiais para membrana
31 3. Preparo de membranas microporosas poliméricas
39 4. Síntese de membranas densas
43 5. Referências bibliográfi cas
45 3. Caracterização de Membranas
45 1. Introdução
48 2. Caracterização de membranas porosas 
70 3. Caracterização de membranas densas
75 4. Caracterização de membranas compostas
80 5. Referências bibliográfi cas
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
83 4. Fabricação de Membranas e Tipos de Módulos 
de Permeação
83 1. Introdução
86 2. Fabricação de membranas
89 3. Membranas integrais
97 4. Fabricação de membranas compostas
102 5. Referências bibliográfi cas
103 5. Processos que Utilizam o Gradiente de Pressão 
como Força Motriz
103 1. Introdução
105 2. Descrição dos processos
111 3. Princípios dos processos que utilizam o gradiente de 
pressão
123 4. Modelos de transporte 
131 5. Recuperação do fl uxo permeado em MF/UF
133 6. Aplicações dos processos que utilizam o gradiente de 
pressão
138 7. Referências bibliográfi cas
139 6. Separação de Gases e Líquidos
139 1. Introdução
140 2. Permeação de gases através de membranas
161 3. Pervaporação
170 4. Referências bibliográfi cas
173 Anexo
 Teses de Mestres e Doutores em Temas Relacionados a 
Processos de Separação Membranas Desenvolvidas no 
Laboratório PAM do PEQ/Coppe/UFRJ(1965-2006)
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 5
Apresentação
Embora a origem deste livro tenha sido catalisada pela pioneira 
Escola Piloto On-Line de Engenharia Química quando lançada em 
1997, ele concretiza uma intenção muito mais antiga de seus autores, 
todos militantes ativos na área de membranas há mais de 20 anos. 
Ele reflete uma experiência acumulada no ensino e na pesquisa de 
uma tecnologia que conquista gradativamente maior importância 
em função das vantagens econômicas e ambientais que oferece para 
um amplo leque de relevantes aplicações, num mercado estimado em 
US$ 2 bilhões, crescendo a 8%/ano.
O texto “Processos de Separação com Membranas” resulta de 
revisões de versões anteriores que circularam (sob a forma de notas 
de aula digitalizadas) em vários cursos de graduação, pós-graduação, 
extensão e atualização profissional, ministrados pelos autores e por 
outros docentes. Foi concebido como introdutório aos fundamentos 
básicos que regem as aplicações de membranas sintéticas em pro-
cessos de separação industriais visando não só tornar disponível 
a um público mais amplo estes conhecimentos, mas também para 
remediar o relativo desconhecimento desta tecnologia no País, bem 
como a sua reduzida prática industrial. Os autores optaram por uma 
seleção de tópicos mais próximos da indústria brasileira atual, balan-
ceando tratamentos qualitativos e quantitativos para fornecer uma 
compreensão geral básica. A tentação do detalhamento foi contida 
com muito custo e canalizada para futuras obras. O leitor atento 
certamente dispõe de recursos práticos na literatura especializada 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
6 Processos de Separação por Membranas
para saciar facilmente a curiosidade e a avidez que, espera-se, este 
texto despertará.
A área de membranas separadoras se desdobra hoje numa 
multiplicidade de aplicações e requer abordagem multidisciplinar 
(envolve engenheiros, físicos, químicos, bioquímicos e cientistas 
de materiais, entre outros). O texto privilegia a importância de se 
conhecer a correlação entre estrutura química, morfologia e as 
propriedades de transporte para o entendimento dos mecanismos 
envolvidos e do potencial de aplicações possíveis, não deixando de 
fixar uma nomenclatura adequada e cientificamente precisa em 
português. Já classificados como operações unitárias industriais, 
alguns processos foram selecionados para ilustrar o funcionamento 
da membrana, as variáveis de operação relevantes e as limitações 
a que estas membranas estão sujeitas, incluíndo-se as formas de 
contorná-las ou eliminá-las.
Foi praticamente na segunda metade do século passado que os 
Processos de Separação com Membranas (PSM) sairam da esfera de 
laboratório para se tornarem operações industriais. Concorreram 
para isso a disponibilidade de novos materiais (como polímeros), 
a descoberta da técnica de fabricação de membrana anisotrópica e 
a conscientização do problema energético. No Brasil, o laboratório 
PAM (Permeação Através de Membranas) começa a ser montado 
em 1968 na Coppe/UFRJ, fruto de uma das primeiras interações 
indústria-universidade-governo via o inovador FUNTEC (Fundo de 
Desenvolvimento Tecnológico) envolvendo Petrobras, UFRJ e BNDES. 
Na ocasião, os engenheiros Marcos Luiz dos Santos e Dorodame Leitão 
organizam um programa de pesquisas pioneiro que visava explorar 
separações de hidrocarbonetos gasosos e liquidos. Na volta dos dois 
engenheiros para a Petrobras, em 1971, o Programa de Engenharia 
Química decide incorporar o PAM e convida para esta missão dois dos 
autores (A. C. Habert e R. Nobrega) para integrar seu quadro docente. 
A eles se juntaria C. P. Borges na década de 80 e que colaboraria na 
consolidação do laboratório como referência em sua área, com reco-
nhecimento internacional. 
Além do ensino, da pesquisa em várias linhas correlatas e dos 
projetos conveniados, a formação de quase uma centena de mestres 
e doutores talvez seja a sua maior (e mais eloquente) contribuição 
ao longo destes anos (ver listagem de autores e temas no Anexo). E 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 7
a recente fundação da primeira fábrica de membranas da América 
Latina, oriunda (spin-off) das pesquisas do laboratório – também 
aspiração antiga –, é motivo de orgulho dos autores e, na na sua vi-
são, um triunfo da Universidade que consagra seu papel na inovação 
tecnológica no País.
Além dos agradecimentosaos alunos e técnicos que passaram 
pelo laboratório, os autores não podem deixar de registrar o estímulo 
e o apoio permanente recebidos do PEQ, da Coppe e da UFRJ, bem 
como os auxílios diversos dos órgãos de fomento, em particular da 
CAPES, do CNPq e da FAPERJ .
A. C. Habert
C. P. Borges
R. Nobrega
Rio de Janeiro, novembro de 2006
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 9
1. Introdução
A indústria química é, fundamentalmente, uma indústria de trans-
formação e para se chegar aos produtos finais com as especificações 
desejadas é necessário separar, concentrar e purificar as espécies 
químicas presentes nas diferentes correntes resultantes dessas trans-
formações. Este, sem dúvida, tem sido um dos maiores desafios da 
indústria química, desde seus primórdios.
A partir do início da década de 1970, em adição aos processos 
clássicos de separação como destilação, filtração, absorção, troca iôni-
ca, centrifugação, extração por solvente, cristalização e outros, surge 
uma nova classe de processos que utilizam membranas sintéticas 
como barreira seletiva. As membranas sintéticas surgem como uma 
tentativa de se imitar as membranas naturais, em particular quanto 
as suas características únicas de seletividade e permeabilidade.
“De uma maneira geral, uma membrana é uma barreira 
que separa duas fases e que restringe total ou parcialmente 
o transporte de uma ou várias espécies químicas presentes 
nas fases”.
O desenvolvimento dos processos de separação por membranas e 
suas aplicações industriais são considerados relativamente recentes, 
principalmente levando-se em conta que fenômenos envolvendo 
membranas vêm sendo estudados há mais de um século. Na realidade, 
o primeiro registro do qual se tem notícia sobre um estudo relativo a 
1 Aspectos Gerais dos Processos com Membranas
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
10 Processos de Separação por Membranas
fenômenos que ocorrem com membranas, data de 1748 e se deve a 
um abade francês de nome Nollet. Em sua experiência, Nollet emerge 
em água pura um copo cheio de um destilado de vinho (considerado 
uma simples mistura de água e etanol), vedado com uma membrana 
(bexiga) de origem animal. Após um certo tempo ele observou que a 
bexiga se estufou, chegando mesmo a romper, em alguns casos.
Esta experiência evidenciou, pela primeira vez, as características 
de permeabilidade e seletividade de uma membrana. A interpretação 
deste fenômeno é relativamente simples hoje: a diferença de potencial 
químico da água entre os dois lados da membrana (bexiga animal) 
determina um fluxo preferencial da água para dentro do copo. Como a 
bexiga é elástica, no início ela se expande, mantendo a pressão dentro 
do copo constante e, aproximadamente, igual à pressão atmosférica. 
Numa etapa posterior, sua elasticidade já é menor e a pressão no 
interior do copo começa a aumentar, fazendo com que o potencial 
químico da água aumente. Caso a membrana resista a esta pressão 
sem se romper, o potencial químico da água no interior do copo pode 
se igualar ao potencial químico da água do recipiente externo ao copo, 
atingindo-se, assim, o equilíbrio termodinâmico. A fundamentação 
teórica para esta explicação, no entanto, é bem mais recente.
Embora os processos de separação com membranas (PSM) como 
diálise (D) e microfiltração (MF) já fossem conhecidos e utilizados 
em pequena escala, desde 1930, eles não evoluíram para uma escala 
industrial mais sólida devido, principalmente, aos baixos fluxos 
permeados resultantes das elevadas espessuras das membranas 
disponíveis.
Os PSM começaram, realmente, a deixar de ser uma curiosidade 
científica e de laboratório no final da década de 50. Nesta época os 
Estados Unidos decidiram investir em projetos de pesquisa que ti-
nham por objetivo principal a dessalinização de águas. Este projeto 
resultou em pelo menos duas descobertas importantes: 1) Reid e 
Breton (1953) relataram que membranas homogêneas de acetato de 
celulose, quando utilizadas para nas condições de osmose inversa 
(OI), podiam apresentar retenção salina elevada e 2) Loeb e Sourirajan 
(1960-1962) aperfeiçoaram uma técnica para preparo da membrana, 
mais tarde chamada técnica de inversão de fase por imersão-precipita-
ção, que podia aumentar muito o fluxo permeado de água, mantendo 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 11
elevada a retenção de sais. A partir destes fatos, o interesse sobre o 
assunto aumentou consideravelmente, pois a melhoria na seletivida-
de e a redução da resistência ao transporte das espécies permeantes 
representavam alterações que poderiam tornar os PSM, em geral, e 
não somente a dessalinização de águas, mais competitivos do que 
os processos de separação tradicionais.
Posteriormente, descobriu-se que o principal motivo para o su-
cesso das membranas preparadas pela técnica desenvolvida por Loeb 
e Sourirajan era devido à sua morfologia singular. Estas membranas 
apresentam poros gradualmente maiores em sua seção transversal. 
A região superior, em torno de 2% da espessura global, é chamada de 
“pele” e não apresenta poros ou possui poros muito pequenos (<0,05 
µm), sendo a principal responsável pela seletividade. A região abaixo 
da pele, chamada suporte ou substrato, apresenta poros progressi-
vamente maiores, tendo como função principal fornecer resistência 
mecânica à pele. Membranas com esta morfologia são denominadas 
anisotrópicas ou assimétricas. 
Um grande número de investigações tem ocorrido para entender, 
controlar e caracterizar a estrutura dessas membranas. Em relação 
à estrutura da membrana, dois enfoques têm sido adotados. No pri-
meiro, a ênfase principal é alterar as condições de preparo para obter 
as propriedades adequadas para a pele e substrato, enquanto que no 
segundo enfoque a pele e o substrato poroso são obtidos em etapas 
distintas. O procedimento de preparar a membranas em duas etapas 
foi sugerido nos trabalhos de Cadotte e Francis em 1966, como uma 
alternativa ao uso exclusivo da técnica de inversão de fase. Neste 
procedimento um filme homogêneo ultrafino (< 1µm) é depositado 
sobre uma membrana microporosa. Estas membranas, que consis-
tem de dois (ou mais) filmes laminados, são chamadas compostas 
(composite membranes). Foi o desenvolvimento dessas membranas 
compostas que permitiu a exploração comercial de processos com 
membranas para a separação de misturas gasosas – permeação de 
gases (PG) – e de misturas líquidas – pervaporação (PV). A firma ame-
ricana Monsanto, no início dos anos 80 e a alemã GFT (hoje Sulzer 
Chemtech, Membrane Systems) no final desta mesma década, foram 
as pioneiras na aplicação industrial de membranas na separação de 
gases e de líquidos, respectivamente.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
12 Processos de Separação por Membranas
2. Morfologia de membranas, força motriz e transporte
As membranas sintéticas comerciais, em sua grande maioria, são 
preparadas a partir de materiais poliméricos com características quí-
micas e físicas as mais variadas. Membranas de materiais inorgânicos 
são produzidas há mais de 20 anos, mas só recentemente começam a 
disputar o mercado com as membranas poliméricas. As membranas 
inorgânicas apresentam uma vida útil maior e facilidade de limpeza, 
mas são bem mais caras do que as poliméricas.
Em função das aplicações a que se destinam as membranas apre-
sentam diferentes morfologias. De um modo geral, as membranas 
podem ser classificadas em duas grandes categorias: densas e porosas. 
As características da superfície da membrana que estão em contato 
com a solução a ser separada é que vão definir a utilização de uma 
membrana porosa ou densa. A Figura 1.1 apresenta as morfologias 
mais comuns observadas nas seções transversais de membranas 
comerciais.
Tanto as membranas densas como as porosas podemser isotró-
picas ou anisotrópicas, ou seja, podem ou não apresentar as mesmas 
características morfológicas ao longo de sua espessura. As membra-
nas anisotrópicas se caracterizam por uma região superior muito fina 
(≈ 1 µm), mais fechada (com poros ou não), chamada de pele, supor-
tada em uma estrutura porosa. Quando ambas as regiões são cons-
tituídas por um único material a membrana é do tipo anisotrópica 
integral. Caso materiais diferentes sejam empregados no preparo de 
cada região a membrana será do tipo anisotrópica composta.
Dois tipos de parâmetros são normalmente empregados para 
se caracterizar membranas: parâmetros de natureza morfológica e 
parâmetros relativos as suas propriedades de transporte. No caso de 
membranas porosas características como a distribuição de tamanho 
de poros, porosidade superficial e espessura representam parâmetros 
morfológicos relevantes. Para membranas densas, as características 
físico-químicas envolvendo o polímero utilizado e as substâncias a 
serem separadas, bem como a espessura do filme polimérico, são 
parâmetros importantes. No caso de membranas compostas as 
características do suporte poroso também devem ser incluídas. In-
dependente do tipo de membrana, propriedades de transporte como 
permeabilidade a gases e líquidos, bem como a sua capacidade seletiva 
são utilizadas como parâmetros característicos dos processos.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 13
Figura 1.1 – Representação esquemática da seção transversal dos 
diferentes tipos de morfologia de membranas sintéticas.
Para que ocorra o transporte de uma espécie através de uma 
membrana é necessário a existência de uma força motriz agindo so-
bre a mesma. Os processos comerciais de separação com membrana 
utilizam como força motriz o gradiente de potencial químico e/ou o 
gradiente de potencial elétrico. Como os processos com membranas 
são, em sua grande maioria, atérmicos, o gradiente de potencial quí-
mico pode ser expresso, apenas, em termos do gradiente de pressão 
e de concentração (ou pressão parcial). Em função da morfologia da 
membrana e do tipo de força motriz empregada, o transporte das 
diferentes espécies através da membrana pode ocorrer tanto pelo 
mecanismo de convecção, como pelo mecanismo de difusão. A morfo-
logia da membrana define, também, os princípios em que se baseiam 
a sua capacidade seletiva (ver esquema da Figura 1.2). 
Em processos que utilizam membranas porosas a capacidade 
seletividade esta diretamente associada à relação entre o tamanho 
das espécies presentes e o tamanho dos poros da membrana. Este é 
o caso de processos como a microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), 
nanofiltração (NF) e diálise (D). Além disso, as espécies presentes 
devem ser, na medida do possível, inertes em relação ao material 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
14 Processos de Separação por Membranas
que constitui a membrana. Para membranas porosas, em função 
do tipo de força motriz aplicada, o transporte das espécies através 
da membrana pode ser tanto convectivo como difusivo. No caso 
da ultrafiltração e microfiltração e nanofiltração, para os quais a 
força motriz é o gradiente de pressão através da membrana, o fluxo 
permeado é fundamentalmente convectivo. Já no caso da diálise, a 
força motriz é o gradiente de concentração das espécies através da 
membrana e o fluxo permeado é de natureza difusiva. Neste caso as 
espécies se difundem, no meio em que se encontram, através dos 
poros da membrana.
Figura 1.2 – Processos de separação por membranas – força motriz e 
transporte em membranas densas e porosas.
No caso de processos que empregam membranas densas, compos-
tas ou não, a capacidade seletiva depende da afinidade das diferentes 
espécies com o material da membrana (etapa de natureza termodinâ-
mica) e da difusão das mesmas através do filme polimérico (etapa de 
natureza cinética), como é o caso da osmose inversa (OI), pervaporação 
(PV) e permeação de gases (PG). O fluxo permeado é sempre de natureza 
difusiva, independente do tipo de força motriz aplicada, uma vez que a 
membrana não apresenta poros próximos à superfície que se encontra 
em contato com a solução a ser processada.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 15
A Figura 1.3 apresenta um esquema ilustrando das relações entre 
força motriz e morfologia com o tipo de transporte esperado e os 
principais fatores que irão determinar a seletividade do processo.
A Eletrodiálise (ED), diferentemente dos processos acima mencio-
nados, utiliza como força motriz um gradiente de potencial elétrico. 
Por este motivo só pode ser utilizada nos casos em que pelo menos 
uma das espécies apresente carga elétrica. Nos equipamentos de 
eletrodiálise membranas com cargas positivas são posicionadas 
alternadamente com membranas carregadas negativamente. O 
transporte das espécies iônicas ocorre pelo mecanismo de difusão e 
a seletividade se deve ao princípio da exclusão de Donan. 
Conforme comentado anteriormente, os PSM podem ser carac-
terizados em função de dois parâmetros: a) o fluxo permeado, que 
representa a vazão (volumétrica, mássica ou molar) de permeado por 
unidade de área da membrana; b) a capacidade seletiva da membrana, 
a qual, dependendo to tipo de processo em questão, pode ser definida 
de diferentes formas. Para processos cuja força motriz é o gradiente 
de pressão a capacidade seletiva da membrana, em relação a uma 
dada espécie, é medida através do Coeficiente de Rejeição (R), definido 
por uma relação entre a concentração da espécie na alimentação (Co) 
e sua concentração no permeado (Cp) (ver Figura 1.4). 
Figura 1.3 – Relação entre Força Motriz, Morfologia e Seletividade.
Assim, quando R=0 a concentração da espécie em questão, no 
permeado, é igual a sua concentração na alimentação, ou seja, a 
membrana não apresenta nenhuma capacidade seletiva para esta 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
16 Processos de Separação por Membranas
espécie. Por outro lado, R=1 significa que a espécie em questão não 
esta presente no permeado, ou seja, a membrana foi capaz de rejeita-
la completamente. No caso de processos que utilizam membranas 
densas, como a permeação de gases e a pervaporação, a capacidade 
seletiva da membrana é medida através do fator de seletividade (α) 
ou através do fator de enriquecimento (β). O fator de seletividade, 
no caso de misturas binárias, é definido através do quociente entre a 
relação da composição dos componentes no permeado e sua relação 
na corrente de alimentação (ver Figura 1.4). Já o fator de enrique-
cimento é definido é definido pela relação entre a concentração da 
espécie mais permeável no permeado e na alimentação. O Quadro 
1.1 apresenta os PSM comerciais e suas principais características, a 
força motriz e exemplos típicos de aplicação.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 17
Quadro 1.1 – Processos de Separação por Membranas Comerciais
Processo Força 
Motriz
Material
Retido
Material
que
Permeia
Aplicações
Microfi l-
tração
(MF)
∆P
(0,5 – 
2 atm)
Material em 
suspensão,
bactérias.
Massa molar 
> 500k Da 
(0,01µm).
Água e 
sólidos
dissolvidos.
Esterilização
bacteriana;
clarifi cação 
vinhos e cerve-
jas; concentra-
ção de células; 
oxigenação de 
sangue.
Ultrafi l-
tração
(UF)
∆P
(1 – 
7 atm)
Colóides,
Macromolécu-
las.
Massa molar >
5.000 Da.
Água (sol-
vente), sais 
solúveis de 
baixa mas-
sa molar.
Fracionamento/
concentração
de proteínas, 
recuperação de 
pigmentos/óleos.
Nanofi l-
tração
(NF)
∆P
(5 – 
25 atm)
Moléculas de 
massa molar. 
Média 500 < 
MM < 2.000 Da.
Água, sais 
e moléculas 
de baixa 
massa
molar.
Purifi cação de 
enzimas; biore-
atores a mem-
brana.
Osmose
Inversa
(OI)
∆P(15 – 
80 atm)
Todo material 
solúvel ou
em suspensão.
Água
(solvente).
Dessaliniza-
ção de águas; 
concentração de 
suco de frutas; 
desmineraliza-
ção de águas.
Diálise
(D)
∆C Moléculas de 
massa molar >
5.000 Da.
Íons e 
orgânicos
de baixa 
massa
molar.
Hemodiálise; rim
artifi cial; recupe-
ração de NaOH.
Eletrodiá-
lise
(ED)
∆E Macromolécu-
las e compostos 
não iônicos.
Íons. Concentração 
soluções salinas; 
purifi cação de 
águas.
Permea-
ção de 
Gases
(PG)
∆P ⇒∆C Gás menos 
permeável.
Gás mais 
permeável.
Recuperação
de hidrogênio; 
separação CO2/
CH4; fraciona-
mento do ar.
Perva-
poração
(PV)
Pressão
de
vapor
Líquido menos 
permeável.
Líquido
mais
permeável.
Desidratação de 
álcoois; elimina-
ção de VOC da 
água.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
18 Processos de Separação por Membranas
Figura 1.4 – Medidas de seletividade em processos com membranas.
3. PSM comparados aos processos clássicos 
de separação
Uma análise das características de cada um dos processos com mem-
branas, apresentados no Quadro 1.1 permite inferir quais os processos 
clássicos de separação que podem competir com esta nova tecnologia. 
A Figura 1.5 apresenta a faixa de atuação dos diferentes processos com 
membranas, bem como de alguns processos clássico de separação, 
em função do tamanho ou das características físico-químicas das 
espécies a serem separadas. Na prática, hoje, processos combinados, 
envolvendo processos clássicos e PSM, cada qual atuando na faixa 
em que é mais eficiente, têm se mostrado mais vantajoso do que a 
utilização de cada uma das tecnologias isoladamente.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 19
Figura 1.5 – Quadro comparativo entre processos clássicos de separação 
e os PSM, em função das dimensões das espécies a serem separadas.
4. Aplicações dos PSM
Os PSM têm sido utilizados nos mais diferentes setores de atividade 
na indústria química, na área médica, passando pela biotecnologia, 
indústria alimentícia e farmacêutica e tratamentos de águas indus-
triais e municipais. No Quadro 1.2 são apresentados exemplos de 
aplicação de processos com membranas em algumas das áreas acima 
mencionadas.
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20 Processos de Separação por Membranas
Quadro 1.2 – Exemplos de Aplicação dos PSM
Área Aplicações
Química
Quebra do azeótropo benzeno/hexano; 
Recuperação de H2 – Síntese da amônia;
Fracionamento CO2/CH4;
Fracionamento do ar: gás inerte e de corrente rica 
em O2.
Biotecnologia
e Farmacêutica
Separação de substâncias termolábeis;
Desidratação de etanol;
Purifi cação de enzimas;
Fracionamento de proteínas;
Esterilização de meios de fermentação;
Bioreatores a membranas.
Alimentícia
e Bebidas
Concentração de leite;
Concentração do soro de queijo;
Concentração de sucos de fruta;
Clarifi cação e desalcoolização de vinhos e cervejas.
Tratamento
de
Águas
Dessalinização de águas;
Eliminação de traços de orgânicos;
Tratamento de esgotos municipais;
Desmineralização de águas para caldeiras;
Água ultrapura para indústria eletrônica.
Tratamento de
Despejos
Industriais
Separação água/óleo;
Recuperação de índigo e PVA – Têxtil;
Recuperação de íons metálicos – Couro;
Recuperação de proteínas – Laticínio;
Tratamento águas – Papel e Celulose.
Medicina
Rim artifi cial – Hemodiálise;
Pulmão artifi cial – Oxigenadores;
Ar enriquecido em oxigênio;
Esterilização de soluções injetáveis;
Dosagem controlada de remédios.
5. Algumas vantagem dos PSM
Os PSM atingiram o status de processos comerciais devido à uma série 
de vantagens inerentes a esta tecnologia. Algumas dessas vantagens 
são comentadas a seguir:
Economia de Energia: Os PSM, em sua grande maioria, promovem 
a separação sem que ocorra mudança de fase. Neste sentido são 
processos energeticamente favoráveis. Esta é uma das razões pela 
qual seu desenvolvimento coincide com a crise energética dos 
anos 70, devido ao grande aumento do preço do petróleo.
Seletividade: A seletividade é outra característica importante dos 
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Processos de Separação por Membranas 21
PSM. Em algumas aplicações estes processos se apresentam como 
a única alternativa técnica de separação. No entanto, como já men-
cionado anteriormente, na maioria dos casos, processos combina-
dos, envolvendo processos clássicos e processos com membranas, 
cada qual atuando onde é mais eficiente, tem se mostrado como 
a opção mais econômica e vantajosa de separação.
Separação de Compostos Termolábeis: Como, via de regra, os PSM 
são operados à temperatura ambiente, podendo ser aplicados no 
fracionamento de misturas envolvendo substancias termossen-
síveis. Por este motivo eles tem sido amplamente empregados 
na indústria farmacêutica e de alimentos e, mais recentemente, 
como uma alternativa na purificação de produtos ou recuperação 
de células em biotecnologia.
Simplicidade de Operação e Escalonamento: Ao contrário da 
maioria dos processos de separação, os PSM apresentam, ain-
da, a vantagem de serem extremamente simples do ponto de 
vista operacional e em termos de escalonamento (scale up). Os 
sistemas são modulares e os dados para o dimensionamento de 
uma planta podem ser obtidos a partir de equipamentos pilo-
tos operando com módulos de membrana de mesma dimensão 
daqueles utilizados industrialmente. Além disso, o operação 
dos equipamentos com membranas é simples e não intensiva 
em mão-de-obra.
6. O mercado mundial dos PSM
Do final dos anos 60, quando Loeb e Sourirajan demonstraram, pela 
primeira vez, a viabilidade econômica de processos como a dessalini-
zação de águas por osmose inversa, até os dias de hoje, o mercado de 
separação por membranas passou de US$ 2 milhões/ano para cerca 
de US$ 4,4 bilhões/ano em 2000. A Figura 1.6 apresenta a evolução 
do mercado de membranas e de módulos, por tipo de processo, entre 
1993 e 2000.
Pelos dados da Figura 1.6 verifica-se que a diálise representa quase 
a metade do mercado de membranas. A hemodiálise (rim artificial) é 
a grande responsável pela dimensão deste mercado. O número de do-
entes renais, a espera de transplante, é muito grande em todo mundo. 
Além disso, para evitar problemas de contaminação os módulos de 
membrana para hemodiálise devem ser utilizados apenas uma vez, 
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22 Processos de Separação por Membranas
ou por algumas vezes, mas com um mesmo paciente. O segundo 
grande mercado fica com a microfiltração. A aplicação neste caso é, 
fundamentalmente, a esterilização de águas e do ar. Observa-se, tam-
bém, que o mercado para permeação de gases e pervaporação ainda 
é pequeno. Estes processos ainda se encontram em desenvolvimento, 
embora já tenham alcançado o status industrial.
Deve ser salientado que os valores constantes na Figura 1.6 repre-
sentam apenas as vendas de membranas e de módulos de membrana. 
O valor total estimado das vendas de sistemas completos envolvendo 
os diferentes processos com membranas, em 2000, é superior a 15 
bilhões de dólares. Além disso, espera-se um crescimento do mercado 
entre 8 e 10% ao ano (STRATHMANN, H., 2000).
Figura 1.6 – Mercado mundial de membranas – Evolução das vendas de 
membranas e módulos por tipo de processo. (STRATHMANN, H., 2000).
7. Referências bibliográfi cas
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Nostrand Reinhold, 1992.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 25
1. Introdução
Conforme visto no Capítulo anterior, membrana pode ser definida 
como uma barreira que separa duas fases e que restringe, total ou 
parcialmente, o transporte dos componentes presentes nas fases. Nos 
processos de separação por membranas elas representam o coração 
do processo. No entanto, como será visto mais adiante, mesmo uma 
excelente membrana pode apresentar um desempenho não satisfa-
tório, caso o sistema onde ela esteja incorporada não seja operado 
adequadamente.
A morfologia da membrana e a natureza do material que a 
constitui são algumas das características que vão definir o tipo de 
aplicação e a eficiência na separação. O grande sonho dos pesquisa-
dores que trabalham em síntese de membranas (entenda por síntese 
de membranas o seu preparo) é “projetar” uma membrana com as 
características desejadas e, evidentemente, de serem capazes de 
prepará-la em laboratório. Os trabalhos de literatura, em sua quase 
totalidade, são empíricos. No entanto, o conhecimento acumulado 
até o presente momento na área de síntese de membranas já permite 
algumas incursões de sucesso, ou seja, o sonho começa a se tornar 
uma realidade.
Do ponto de vista morfológico as membranas podem ser divididas 
em duas grandes categorias: densas e porosas. As membranas são 
consideradas densas quando o transporte dos componentes envolve 
uma etapa de dissolução e difusão através do material que constitui 
2 Preparo de Membranas
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26 Processos de Separação por Membranas
a membrana. Um exemplo simples são os filmes utilizados em em-
balagens de alimentos, onde o ar ou o vapor d’água podem permear 
somente após terem dissolvido (solubilizado) no material do filme 
e difundido ao longo de sua espessura. A membrana é denominada 
porosa quando o transporte dos permeantes ocorre preferencialmente 
em uma fase fluida continua, que preenche os poros da membrana. 
Quando uma membrana apresenta as duas morfologias – uma 
parte densa e uma parte porosa – é necessário estender a classificação 
considerando o tipo de transporte predominante e a característica 
de sua seção transversal. Desta forma, quando uma membrana pos-
sui uma fina camada densa sustentada por uma estrutura porosa, 
também pode ser considerada como uma membrana densa, pois o 
principal mecanismo envolvido na separação dos componentes per-
meantes envolve dissolução e difusão no material dessa fina camada 
superficial da membrana. Por outro lado, a variação na densidade 
ao longo da seção transversal da membrana pode ser descrita como 
assimétrica ou, de modo mais geral, anisotrópica. Então, no caso con-
siderado, a membrana é descrita como uma membrana anisotrópica 
densa. Por outro lado, no exemplo anterior, os filmes de embalagens 
serão classificados como membranas simétricas densas. 
A classificação das membranas também deve distinguir o material 
que constitui as diferentes regiões na seção transversal da membrana, 
ou seja, o filme superficial denso e a parte porosa. Sendo o mesmo 
material a membrana é dita integral, caso contrário denomina-se 
composta. A Figura 2.1 resume esta classificação e a Figura 2.2 ilus-
tra, esquematicamente, as características morfológicas mais comuns 
para membranas.
Figura 2.1 – Classifi cação das membranas quanto à morfologia.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 27
Na Figura 2.2, em todas as seções transversais esquematizadas, 
as regiões escuras representam a matriz sólida da membrana e as 
regiões claras representam os espaços livres, ou os poros presentes 
na membrana. São representadas as duas formas mais comuns para 
membranas porosas isotrópicas. Em uma delas o tamanho dos poros 
ao longo da seção transversal é praticamente monodisperso, ou seja, 
pode-se considerar que a densidade média não varia ao longo da seção 
transversal. A outra situação consiste de poros praticamente cilíndri-
cos, que atravessam toda a seção transversal da membrana. A mem-
brana isotrópica densa é representada isenta de regiões claras.
No caso das membranas anisotrópicas, são representadas mem-
branas com redução no tamanho de poros ao longo da seção trans-
versal. A região densificada pode ser do mesmo material da parte 
porosa ou constituída de material distinto, representada por uma 
região de cor mais escura na Figura 2.2. 
Figura 2.2 – Esquema da morfologia da seção transversal 
de diferentes membranas.
2. Materiais para membrana
As membranas sintéticas comerciais são produzidas a partir de duas 
classes distintas de material: os materiais orgânicos, em sua grande 
maioria polímeros, e os inorgânicos, como metais e cerâmicos. Nor-
malmente as membranas de natureza orgânica apresentam menor 
custo de produção do que as inorgânicas. No entanto, estas últimas 
apresentam uma maior vida útil e permitem limpezas mais eficientes. 
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28 Processos de Separação por Membranas
No quadro da Figura 2.3 são apresentados alguns dos materiais mais 
empregados no preparo de membranas comerciais.
Figura 2.3 – Principais materiais utilizados no preparo de membranas.
Para ilustrar melhor as diferenças que exibem distintos materiais 
empregados na fabricação de membranas, convém resumir algumas de 
suas características básicas, particularmente, as que determinam suas 
propriedades de transporte. Vale lembrar que a descrição dos materiais 
abaixo refere-se à estrutura mais primária, ou seja, ao nível molecular 
ou atômico. Não deve ser confundida com a descrição microscópica 
(morfologia) das membranas e que se tem mais mencionado até aqui. 
Ambas são complementares e determinam as propriedades mais 
desejadas para membranas (permeabilidade, seletividade, resistência 
mecânica, estabilidade térmica e resistência química).
Como alguns dos materiais podem ser empregados tanto para 
gerar estruturas densas quanto porosas, é importante relembrar que 
nas densas as moléculas que permeiam o fazem por difusão após uma 
absorção e mistura homogênea (“dissolução”) com o material. Do pon-
to de vista físico-químico, o sistema membrana/penetrantes constitui 
uma única fase. Já nas porosas, sistemas pelo menos bifásicos desde 
a sua origem, as moléculas ou partículas em geral interagem pouco 
com o material, e trafegam exclusivamente pelos poros, por difusão 
e/ou convecção, dependendo da estrutura e do tamanho destes.
Polímeros são uma classe de materiais extremamente versáteis 
(plásticos, fibras, elastômeros etc.), obtidos por síntese (polimerização 
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Processos de Separação por Membranas 29
de monômeros) ou por extração de produtos naturais. Os polímeros 
orgânicos são mais empregados em membranas. Os sistemas polimé-
ricos são formados de macromoléculas (usualmente com massa molar 
acima de 20.000 Dalton) com apreciáveis forças intermoleculares 
(garantem coesão, facilidade de formar filmes autosuportáveis e boas 
propriedades mecânicas). As cadeias macromoleculares são compos-
tas da junção covalente de “n” unidadesconstitutivas (“meros”) que 
conferem a sua identidade química e sua flexibilidade (capacidade 
de deformação e elasticidade). O polietileno representa um dos 
mais simples polímeros orgânicos e tem uma cadeia de átomos de 
carbono interligados por ligações simples, e saturados com átomos 
de hidrogênio. Cada uma destas ligações permite rotação (é uma 
junção bastante móvel), portanto a cadeia individual do polietileno é 
bastante flexível. Já o poliestireno, formado de “n” meros de estireno, 
tem uma cadeia mais rígida, pois o tamanho do anel benzênico que 
substitui o H numa das valências adjacentes à ligação C-C restringe 
a sua rotação. Combinações de propriedades podem ser obtidas com 
os copolímeros (2 ou 3 meros distintos na macromolécula), como na 
borracha sintética SBR, que tem estireno e butadieno presentes na 
cadeia, como ilustrado na Figura 2.4.
Figura 2.4 – Estrutura química de alguns polímeros comerciais.
A noção de mobilidade segmental das cadeias é importante ser 
ressaltada, pois, dependendo da temperatura e flexibilidade da ca-
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30 Processos de Separação por Membranas
deia, é o que permite interpretar o movimento difusional de outras 
moléculas, por exemplo, as pequenas que difundem numa membrana 
polimérica. Neste modelo, o meio, matriz polimérica, tem as cadeias 
entrelaçadas e em permanente agitação, melhor descrita pela mobili-
dade segmental (como são longas, não se distingue mais localmente a 
identidade das cadeias individuais, fazendo-se referência à mobilidade 
de segmentos de cadeia). As moléculas penetrantes, que difundem sob 
ação de uma determinada força motriz, se acomodam em “vazios” ou 
“vagas”, cujo tamanho e freqüência de aparecimento depende desta 
agitação dos segmentos de cadeias. Se o polímero apresentar um 
certo grau de cristalinidade, entendida como a existência de regiões 
onde segmentos de cadeias se ordenam e se empacotam de forma 
regular, mais coesos que nas regiões amorfas, a absorção e a difusão 
de pequenas moléculas serão reduzidas.
Cerâmicos: Classe tradicional de materiais inorgânicos e que foi 
revigorada recentemente por avanços em métodos de fabricação, 
representa uma opção que permite aumentar limites de operação 
a temperaturas mais elevadas (acima de 150
o
C) e em meios qui-
micamente mais agressivos. Consistem basicamente de óxidos 
de silício, alumínio, zircônio ou titânio. Alumina, zircônio e sílica 
são representantes clássicos desta categoria. Distintamente dos 
materiais poliméricos, acredita-se que os cerâmicos pouco par-
ticipam do processo de transporte das moléculas permeantes. 
Sua importância maior reside no fato que permitem a fabricação 
de estruturas microporosas bem variadas com um bom controle 
de distribuição de tamanho de poros, caracterizadas por resis-
tências térmicas e químicas elevadas e baixa plasticidade (são 
duros e quebradiços). Estas propriedades são devidas à natureza 
altamente cristalina destes materiais, onde predominam ligações 
interatômicas muito estáveis, principalmente iônicas e interme-
diárias entre iônicas e covalentes.
 Na categoria geral de cerâmicos, deve-se mencionar que vários 
tipos de vidros e grafite também são usados para fabricar membra-
nas microporosas. O vidro é basicamente sílica amorfa, ou seja, não 
cristalina, enquanto grafite é uma forma cristalina do carbono.
Metais: A ligação metálica que mantém os átomos numa estrutura 
de rede, envolta em uma nuvem de elétrons livres, é responsável 
pelas principais propriedades características dos metais, como 
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Processos de Separação por Membranas 31
altas condutividades, plasticidade e resistência mecânica. Estas 
e outras propriedades químicas (particularmente as catalíticas) 
os tornam candidatos naturais para materiais de membrana, 
seja esta densa ou porosa. É o caso de alguns metais de transição 
como Paládio, Prata, Tungstênio e Molibdênio que são empregados 
puros ou em ligas com Níquel, Radio e outros. Em alguns casos, 
moléculas pequenas como hidrogênio e oxigênio são absorvidos 
por metais, como Paládio e Prata respectivamente, e difundem 
na rede metálica, justificando o emprego destes metais como 
membranas densas.
3. Preparo de membranas microporosas poliméricas
O principal objetivo de se produzir membranas com estrutura porosa, 
isotrópica ou não é obter uma barreira seletiva capaz de promover a 
separação com base na dimensão dos poros. A seguir será discutida a 
principal técnica de preparo de membranas microporosas poliméricas, 
a técnica de inversão de fases. Outras técnicas também são utilizadas 
e são apresentadas sucintamente nos itens subseqüentes. 
3.1. A técnica de inversão de fase
A grande maioria das membranas microporosas, isotrópicas e ani-
sotrópicas, disponíveis comercialmente, são preparadas pela técnica 
da inversão de fase. Nesta técnica um polímero é dissolvido em um 
solvente adequado e a solução é espalhada formando um filme de 
espessura uniforme, entre 20 e 200 µm. O processo inicia pela desesta-
bilização da solução polimérica, o que se consegue através da indução 
do estado de supersaturação, pela adição de um outro componente, 
um não-solvente para o polímero, ou pela mudança da temperatura 
da solução. A solução, então, torna-se termodinamicamente instável 
e tende a se separar em pelo menos duas fases líquidas: rica e pobre 
em polímero. No processo de formação de uma membrana, a fase 
rica dará origem à estrutura, enquanto a fase pobre dará origem 
aos poros. A viscosidade aumenta com a concentração de polímero 
na fase rica, dificultando a transferência de massa no sistema. Du-
rante este processo, caso a transição vítrea da fase concentrada em 
polímero ocorra, o equilíbrio termodinâmico entre as fases líquidas 
não é alcançado, o que leva à fixação da estrutura e a formação da 
membrana. Dependendo da natureza do sistema, podem ocorrer 
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32 Processos de Separação por Membranas
interações físico-químicas entre as cadeias poliméricas, podendo 
levar à gelificação, ou até mesmo à formação de regiões cristalinas, 
acelerando a precipitação. A competição destes fenômenos durante 
a separação de fases dará origem a diferentes tipos de membrana. 
Um diagrama esquemático, que mostra os possíveis caminhos para 
a formação de membranas por inversão de fase, é apresentado na 
Figura 2.5.
Figura 2.5 – Processos envolvidos na formação de membranas 
por inversão de fase.
Os fenômenos que levam à solidificação do sistema dependem 
do tipo de polímero utilizado, conforme citado anteriormente. Na 
maioria das vezes a vitrificação do material polimérico é a principal 
responsável pela fixação da estrutura da membrana. Este é um pro-
cesso no qual a viscosidade do sistema aumenta pela redução dos 
movimentos segmentais do polímero. Este processo evolui até que 
a viscosidade atinja valores característicos de um sólido (1013 Poise). 
Diz-se então, que a substância passou para o estado vítreo.
No entanto, existem polímeros semicristalinos, que são constitu-
ídos por uma fase amorfa e outra cristalina, na qual os segmentos de 
cadeia estão ordenados. Quando se utiliza um polímero desta natureza 
para a síntese de membranas, existe a possibilidade de ocorrer outro 
tipo de transição no sistema, que seria a cristalização do polímero. 
Esta transição não depende somente das condições termodinâmicas 
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Processos de Separação por Membranas 33
do sistema, mas também da cinética, uma vez que as moléculas de 
polímero necessitam de um certo tempo para se ordenar, devido ao 
fenômeno de relaxação das cadeias poliméricas.
Outro fenômeno que pode ocorrer é conhecido como gelificação. 
Esta pode ser definida como um processo no qual há a formação de 
uma estrutura tridimensional, devido aoaparecimento de interações 
físico-químicas entre os segmentos de cadeia polimérica e os solutos 
de baixa massa molar. 
Dependendo das características do sistema, como a natureza do 
polímero, do solvente e não-solvente, da presença ou não de aditivos 
e das condições em que é realizada a precipitação, pode-se controlar 
o processo, obtendo-se diferentes tipos de morfologia. Desta forma é 
possível se obter membranas com morfologias adequadas a diferentes 
aplicações, desde a microfiltração até a separação de gases.
Existem vários meios de se induzir instabilidade a uma solução 
polimérica, podendo levar a sua precipitação. Para se obter um certo 
controle sobre o processo de inversão de fase, algumas técnicas têm 
sido empregadas. As principais técnicas utilizadas são descritas a 
seguir.
Precipitação térmica
Uma solução polimérica é preparada em alta temperatura e então 
resfriada. Durante a redução de temperatura, a solução pode tornar-se 
instável, iniciando o processo de separação de fases líquido-líquido. 
Além da transferência de massa entre as fases líquidas, a taxa de 
resfriamento influencia na morfologia da membrana resultante 
(Figura 2.6).
Precipitação por evaporação de solvente
Nesta técnica se utiliza uma solução polimérica contendo um não-
solvente e um solvente volátil. Sendo o solvente mais volátil que o 
não-solvente, à medida que o solvente for evaporando, a concentração 
de polímero na solução irá aumentar até que a precipitação ocorra, 
devido à presença do não-solvente.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
34 Processos de Separação por Membranas
Figura 2.6 – Detalhe da seção transversal de uma membrana
 isotrópica de polipropileno produzida por inversão térmica.
Precipitação pela presença de vapores de não-solvente
Neste caso, um filme de solução polimérica é exposto a vapores de 
um não-solvente ao polímero. O vapor irá se difundir pela solução, 
até que a precipitação ocorra, podendo dar origem a uma membrana 
microporosa isotrópica.
Precipitação por imersão
Nesta técnica um filme da solução polimérica é imerso em um banho 
de precipitação contendo o não-solvente (NS). A solução precipitará 
devido à difusão do solvente para o banho e do não-solvente para a 
solução. Esta técnica permite uma grande flexibilidade, e, portanto, 
variação na morfologia das membranas, dependendo da escolha do 
solvente e do não-solvente para o polímero. O preparo de membranas 
planas utilizando esta técnica é ilustrado pela seqüência apresentada 
na Figura 2.7.
Na Figura 2.8 é apresentado um diagrama esquemático dos flu-
xos de transferência de massa de solvente e não-solvente, quando 
se utiliza a técnica de precipitação por imersão em um banho de 
não-solvente.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 35
Figura 2.7 – Seqüência de etapas envolvidas na formação de membranas 
por imersão em banho de não-solvente.
Figura 2.8 – Transferência de massa durante a formação de membranas 
poliméricas.
Na inversão de fase por precipitação por imersão há sempre a 
troca de massa entre o banho de precipitação e a solução polimé-
rica, tendo como força motriz a diferença de potencial químico dos 
componentes entre o banho e a solução. Dependendo da relação 
entre os fluxos de solvente e não-solvente, pode-se levar a solução 
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36 Processos de Separação por Membranas
diretamente a vitrificação, sem que haja separação de fases líquido-
líquido. Desta forma, poderá ser formada uma membrana densa, 
típica para separação de gases. Caso contrário, será produzida uma 
membrana contendo poros na sua superfície, aplicável a processos 
como microfiltração e ultrafiltração.
A Figura 2.9 ilustra as diferentes técnicas de se induzir a separação 
de fase em sistemas poliméricos. 
Figura 2.9 – Técnicas de indução de separação de fase em sistemas 
poliméricos.
3.2. Outras técnicas de preparo de membranas microporosas
No preparo de membranas microporosas industrialmente também 
são utilizadas outras técnicas como a sinterização de particulados, 
estiramento a quente de filmes densos e gravação por bombarde-
amento de partículas radioativas (track etching). Cada uma dessas 
técnicas será descrita a seguir.
Sinterização
A sinterização consiste na fusão incipiente de materiais na forma 
de pó, com granulometria controlada, em um molde sob pressão. A 
porosidade final da membrana e o tamanho médio de poros depen-
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 37
dem, entre outros fatores, do material, da granulometria do parti-
culado, da temperatura e tempo de residência nesta temperatura e 
da pressão aplicada no molde. Essa técnica pode ser utilizada tanto 
para polímeros, onde os mais utilizados são o poli (etileno) e o poli 
(tetra flúor etileno), como para metais (aço inoxidável, prata e latão) 
e cerâmicos (óxido de alumínio, sílica etc.). 
Uma vantagem é a utilização de materiais sem que haja a neces-
sidade de sua solubilização, possibilitando empregar materiais com 
elevada resistência química e térmica, o que resulta em membranas 
com propriedades equivalentes. Por outro lado, a morfologia resultante 
é predominantemente isotrópica porosa. Em geral, o tamanho médio de 
poro fica na faixa de 0,1 a 50 µm, podendo ser ajustado pela manipu-
lação das condições de preparo. Entretanto, o controle da distribuição 
de tamanhos é difícil e, normalmente, uma dispersão elevada é obtida. 
A Figura 2.10 apresenta uma fotomicrografia de uma membrana pre-
parada pela sinterização um particulado de poli (etileno).
Figura 2.10 – Detalhe da seção transversal de uma membrana isotrópica 
porosa produzida por sinterização de partículas de poli (etileno).
As principais utilizações de membranas obtidas por sinterização 
são filtrações de suspensões em meio gasoso ou líquido, em tempe-
raturas elevadas ou em meios agressivos.
Estiramento
Uma outra técnica relativamente simples de preparar membranas mi-
croporosas isotrópicas é através do estiramento de filmes isotrópicos 
densos de polímeros semicristalinos. Normalmente são empregados 
filmes extrudados de poli (etileno) ou poli (tetra flúor etileno), sendo 
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38 Processos de Separação por Membranas
o estiramento efetuado perpendicularmente a direção de extrusão. 
Este procedimento provoca pequenas fraturas no filme polimérico o 
que dá origem a poros com tamanho entre 1 e 10 µm. A Figura 2.11 
apresenta uma fotomicrografia de uma membrana de politetrafluo-
retileno, preparada pela técnica do estiramento de filme denso.
Figura 2.11 – Detalhe da seção transversal de uma membrana isotrópica de 
PTFE produzida por estiramento mostrando a porosidade gerada.
Gravação (Track-Etching)
Membranas microporosas, com poros perfeitamente cilíndricos e de 
diâmetro uniforme, podem ser obtidas através da técnica conhecida 
como Gravação ou Track-Etching. Esta técnica consiste em submeter 
um filme polimérico denso a um bombardeamento de partículas 
nucleares carregadas, proveniente de um reator nuclear, e posterior 
tratamento com uma solução cáustica. Na primeira etapa as partículas 
nucleares atravessam a espessura da filme provocando a quebra nas 
ligações químicas das cadeias poliméricas (track). Quando submeti-
do ao tratamento químico, as regiões do polímero danificadas pela 
passagem das partículas nucleares são atacadas, preferencialmente, 
e a erosão provocada dá origem a poros perfeitamente cilíndricos 
(etching). A densidade de poros dessas membranas depende do tempo 
e da intensidade da irradiação e o seu diâmetro depende da natureza 
do banho cáustico e do tempo em que o filme fica submetido a este 
tratamento. Um aumento na densidade de poros pode ser conseguido 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas39
com uma maior exposição do filme ao bombardeamento de partículas. 
No entanto, haverá sempre um compromisso entre densidade de poros 
e sua uniformidade. Um bombardeamento excessivo aumenta a pos-
sibilidade de que duas partículas atravessem o filme em locais muito 
próximos, provocando o aparecimento de poros maiores, quando 
do tratamento químico, pela interconexão de dois ou mais poros. A 
Nuclepore é a principal fabricante deste tipo de membrana. A Figura 
2.12 apresenta uma fotomicrografia de uma membrana microporosa 
de policarbonato preparada pela técnica de gravação.
Figura 2.12 – Superfície de uma membrana de policarbonato 
produzida por gravação.
4. Síntese de membranas densas
Membranas densas são utilizadas, principalmente, em processos de 
separação de misturas de líquidos e de gases, ou soluções aquosas 
contendo pequenos íons. Como as membranas não apresentam po-
ros, as espécies a serem separadas devem se solubilizar nas mesmas 
e serem transportadas por difusão através de sua espessura. Deste 
modo, o material que constitui a membrana e a natureza de suas 
interações com as espécies a serem separadas representam fatores 
determinantes para a eficiência do processo de separação. Assim 
como as membranas microporosas, as membranas densas também 
podem ser classificadas em isotrópicas e anisotrópicas. A Figura 2.13 
relaciona as principais técnicas de preparo de membranas densas. 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
40 Processos de Separação por Membranas
Figura 2.13 – Técnicas de preparo de membranas densas.
4.1. Membranas densas isotrópicas
Membranas densas isotrópicas não apresentam nenhum interesse 
do ponto de vista comercial. São filmes poliméricos de espessura 
relativamente elevada (por questão de resistência mecânica) e, por 
este motivo, apresentam um fluxo permeado muito baixo, fora da 
faixa de interesse comercial. Estas membranas são muito utilizadas 
em escala de laboratório, principalmente, na etapa de seleção de 
polímeros para serem utilizados como pele densa de membranas 
compostas. Com este objetivo, filmes densos são utilizados para 
determinar as propriedades intrínsecas como permeabilidade, solu-
bilidade e difusividade.
As técnicas de preparo de membranas densas isotrópicas são 
as usadas industrialmente para a produção de filmes poliméricos. 
Dependendo das características do polímero em questão pode ser 
utilizado o processo de sopro, extrusão ou laminação. Em laboratório, 
quando não se dispõe do polímero na forma de filme, a técnica mais 
utilizada é a da evaporação do solvente, que constitui na dissolução 
do polímero em solvente adequado, espalhamento da solução em uma 
superfície plana e posterior evaporação do solvente, mantendo-se o 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 41
sistema em uma atmosfera inerte com relação a solução. Neste caso 
o sistema polímero/solvente deve ser miscível em toda faixa de com-
posição para que não ocorra separação de fase durante a evaporação 
do solvente, o que poderia dar origem a uma membrana porosa. 
4.2. Membranas densas anisotrópicas
As membranas densas anisotrópicas foram desenvolvidas com o objeti-
vo de contornar o grande inconveniente apresentado pelas membranas 
densas isotrópicas: o baixo fluxo permeado. O problema foi solucionado 
utilizando-se uma membrana microporosa como suporte mecânico para 
uma fina camada (pele) de um material denso depositado na superfície 
da membrana porosa. Assim, a seletividade da membrana é mantida 
pela pele densa e o fluxo permeado aumenta, pois a espessura desta 
pele densa é muito pequena (na ordem de microns) e o suporte poroso 
não oferece resistência significativa ao transporte. 
A principal técnica de deposição de um filme denso na superfície 
de uma membrana microporosa é a chamada casting. Esta técnica 
consiste no espalhamento de uma solução diluída, do polímero de in-
teresse, na superfície e uma membrana microporosa, seguida de uma 
etapa de evaporação controlada do solvente. A Figura 2.14 apresenta 
a fotomicrografia de uma membrana anisotrópica composta obtida 
por esta técnica. Existem outras técnicas, de uso mais restrito, como 
a polimerização in situ e a polimerização por plasma. Na primeira o 
polímero é preparado, a partir dos monômeros, diretamente na su-
perfície do suporte. Na segunda o suporte é mantido numa câmara 
de vácuo a qual, a partir de um dado instante, é alimentada por uma 
corrente de gás submetida a uma descarga elétrica de alta voltagem. 
A polímero formado nestas condições se deposita sobre a superfície 
do suporte na forma de uma película ultrafina. Estas técnicas são 
discutidas com maiores detalhes no Capítulo 4.
Alternativamente, membranas inorgânicas têm sido preparadas 
pela aplicação de uma camada seletiva produzida pelo processo sol-
gel, sobre um suporte microporosa também inorgânico com estrutura 
resultante exemplificada na Figura 2.15. O preparo de membranas 
inorgânicas não está nos objetivos deste Capítulo. Maiores informa-
ções podem ser encontradas nas referências bibliográficas, a seguir 
relacionadas. 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
42 Processos de Separação por Membranas
Figura 2.14 – Seção transversal de uma membrana anisotrópica densa 
composta com suporte de poli (éter sulfona) e pele de EPDM (copolímero 
olefi nico baseado em eteno). 
Figura 2.15 – Corte da seção transversal próximo a superfície densa 
(seletiva) de uma membrana inorgânica anisotrópica de óxido de alumínio.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 43
5. Referências bibliográfi cas
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branas planas celulósicas por espalhamento duplo para os processos 
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logical characterization of polyurethane/polyethersulfone composite 
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2. The mechanism of formation of membranes prepared from the 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
44 Processos de Separação por Membranas
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semi-crystalline polymers”. Journal of membrane science, v. 113, n. 2, 
p. 361-371, 1996.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 45
1. Introdução
Os processos de separação com membranas (PSM) têm sido aplicados 
no fracionamento de misturas, soluções e suspensões envolvendo 
espécies de tamanho e natureza química diferentes. Estas aplicações 
requerem a utilização de membranas com características específicas. 
Dependendo da aplicação as membranas podem apresentar diferenças 
significativas em termos funcionais e morfológicos. O conhecimento 
da morfologia das membranas e sua relação com as propriedades de 
transporte é importante para uma melhor compreensão dos fenô-
menos envolvidos nos problemas de separação, assim como fornece 
informações que permitem selecionar a melhor morfologia para 
uma dada separação. A Tabela 3.1 apresenta a dimensão aparente 
de diferentes espécies presentes, por exemplo, em um processo fer-
mentativo. Verifica-se que a dimensão aparente dessas espécies pode 
variar algumas ordens de grandeza (de 0,2 a 10.000 nm).
Independente da técnica empregada no preparo de uma mem-
brana é sempre importante a sua caracterização. Só assim é possível 
determinar o tipo de aplicação em que pode ser utilizada. Cabe 
salientar que pequenas variações nas condições de síntese de uma 
membrana, em particular quando se usa a técnica da inversão de fase 
(membranas poliméricas), pode acarretar variações significativas em 
sua morfologia, alterando completamente sua eficiência. O que se 
busca com as técnicas de caracterização é relacionar propriedades 
morfológicas das membranas, como porosidade e distribuição de 
3 Caracterização de Membranas
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
46 Processos de Separação por Membranas
tamanho de poros no caso e membranas porosas, e cristalinidade, 
volume livre e espessura no caso de membranas densas, com suas 
características de separação. 
Deve ser enfatizado, no entanto, que muito embora característi-
cas tais como porosidade, distribuição de poros, curva de retenção, 
permeabilidade hidráulica e outras, sejam fornecidas pelos fabri-
cantes, informações a respeito do desempenho das mesmas quando 
em operação em uma dada aplicação industrial, são normalmente 
omitidas. A título de exemplo, fluxos permeados em processos de 
ultrafiltração podem chegar a 10% do valor do fluxo permeado de 
água pura. No caso de microfiltração, dependendo da aplicação, o 
fluxo permeado pode atingir valores ainda menores. Esta grande 
diferença entre o fluxo permeado obtido quando da caracterização 
das membranas e quando em operação em um processo industrial, 
se deve a fenômenos como polarização de concentração e adsorsão 
das diferentes espécies na superfície e poros das membranas. Estes 
fenômenos serão abordados, com mais detalhes, no Capítulo 5.
Tabela 3.1 – Dimensão aparente de pequenas partículas, moléculas e ions 
(BEATON, N. C.; COOPER, A. R.)
Espécie Faixa de Tamanho
(nm)
Fungos e leveduras 1.000 – 10.000
Bactéria 300 – 10.000
Emulsões de óleo 100 – 10.000
Sólidos coloidais 100 – 1.000
Vírus 30 – 300
Proteínas/Polissacarídeos (104–106 Da) 2 – 10
Enzimas (104 – 105 Da) 2 – 5
Antibióticos (300 – 1.000 Da) 0,6 – 1,2
Moléculas orgânicas (30 – 500 Da) 0,3 – 0,8
Íons inorgânicos (10 – 100 Da) 0,2 – 0,4
Água (18 Da) 0,2
No caso de membranas porosas, o tamanho dos poros e sua distri-
buição de tamanhos, principalmente, irão determinar quais moléculas 
ou partículas serão retidas pela membrana e quais poderão passar 
através de seus poros. Via de regra, para este tipo de membrana, o 
material de que é feita a membrana não deve, em princípio, afetar a 
sua capacidade seletiva. Já no caso de membranas densas, como as 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 47
utilizadas em separação de gases e pervaporação, a não existência 
de poros faz com que as características físico-químicas do material 
que constitui a membrana seja determinante em sua eficiência. Nes-
te caso, o transporte através da membrana ocorre pela sorção das 
espécies no polímero, seguida de sua difusão através da espessura 
da membrana (ver Figura 3.1). 
Na Tabela 3.2 são apresentadas características básicas das mem-
branas utilizadas nos diferentes processos de separação.
Figura 3.1 – Transporte através da seção transversal de uma membrana 
porosa e uma membrana densa.
Tabela 3.2 – Características básicas das membranas para os diferentes 
processos de separação
Processo Tamanho 
de Poro
Característica Mecanismo 
separação
Observação
Microfi ltração 5 – 0,05
µm
isotrópica(a)
ε ~ 10 – 50 %
por
tamanho
Ultrafi ltração 50 – 3 nm anisotrópica
ε ~ 0,1 – 10 %
por
tamanho
cerâmica
ε ~10 – 50%
Osmose
inversa
1 – 0,1 
nm(b)
anisotrópica sorção/ 
difusão
Diálise 10 – 0,1 
nm
porosidade
elevada ε~50%
difusão Polímero 
inchado
Eletrodiálise 10 – 0,1 
nm
densidade de 
carga (pot. ξ)
dif. carga 
elétrica
Separação
de gases
< 0,1 nm anisotrópica sorção/ 
difusão
Pervaporação < 0,1 nm anisotrópica sorção/ 
difusão
Volatilidade 
permeantes
(a) porosidade da pele no caso de membranas anisotrópicas e porosidade global no 
caso de membranas isotrópicas;
(b) transição entre microporos e espaço intermolecular.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
48 Processos de Separação por Membranas
2. Caracterização de membranas porosas 
Uma membrana porosa está caracterizada se forem conhecidos os 
seguintes parâmetros: porosidade superficial, tamanho e distribuição 
de tamanho de poros. Qualquer que seja a técnica de caracterização 
empregada um dos problemas a ser enfrentado é a definição da forma 
e da geometria dos poros da membrana. Os poros, via de regra, são 
irregulares. No entanto, algumas hipóteses são efetuadas de maneira 
a que se possa utilizar modelos conhecidos. Assim, ao se utilizar a 
equação de Hagen-Poiseuille se está admitindo que os poros apre-
sentam a forma de cilindros paralelos, ao passo que se a equação de 
Kozeny-Carman for empregada a forma dos poros correspondem ao 
espaço livre entre esferas de mesmo diâmetro, em contato. Na Figura 
3.2 é apresentada uma comparação entre a morfologia “real” e uma 
estrutura ideal da pele de uma membrana porosa.
Figura 3.2 – Comparação entre as morfologias “real” 
e “ideal” da pele de uma membrana de ultrafi ltração.
Independente da forma dos poros é importante que os poros sejam 
passantes. Somente estes poros contribuem para o fluxo permeado. 
No entanto, algumas técnicas de caracterização detectam, indiscri-
minadamente, poros ativos e não ativos. Além da forma dos poros, a 
porosidade superficial é outro parâmetro importante. Dela depende 
o valor do fluxo permeado, para uma dada aplicação. Membranas 
de microfiltração apresentam porosidade superficial que variam de 
5 a 50%. As membranas de ultrafiltração são muito menos porosas. 
Apresentam porosidade superficial na faixa de 0,1 a 1%.
As diferentes técnicas de caracterização de membranas porosas 
permitem a determinação de parâmetros de duas naturezas: 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 49
Parâmetros relacionados a morfologia da membrana, como tamanho 
de poro distribuição de tamanho de poros, espessura efetiva da 
pele e porosidade superficial.
Parâmetros relacionados com a permeabilidade e seletividade, como 
curva de retenção e fluxo permeado.
Diversos métodos têm sido propostos para a caracterização da 
morfologia de membranas microporosas. Basicamente, existemdois 
enfoques distintos, ou seja, a observação direta da membrana e a 
determinação, por métodos indiretos, de fatores relacionados ao ta-
manho e densidade de poros. A observação direta da morfologia da 
membrana é feita por microscopia eletrônica e, em alguns casos, por 
microscopia ótica. Estes métodos são bastante úteis para a análise 
da morfologia real da membrana, sendo possível detectar defeitos e 
macroporos. A principal limitação é a faixa de tamanho de poros que 
pode se observada, pois poros pequenos (< 0,01µm) estão próximos 
ao limite de resolução da técnica. Desta forma, a microscopia somente 
pode auxiliar em análises qualitativas sobre o efeito das variáveis 
envolvidas no preparo da membrana.
Como em meios porosos tradicionais, os parâmetros mais usuais 
para a caracterização são: o tamanho médio de poros, a distribuição 
de tamanho de poros, a porosidade, a tortuosidade e a área super-
ficial específica. Estes parâmetros podem ser estimados por vários 
métodos, que diferem entre si, principalmente, na forma de avaliar 
os espaços vazios. Métodos dinâmicos medem apenas os poros contí-
guos, enquanto métodos estáticos levam em conta todos os espaços 
vazios disponíveis, independente de serem ou não contíguos.
Quando métodos indiretos são utilizados, deve ser ressaltado que 
parâmetros como o tamanho médio de poros ou a distribuição de 
tamanho de poros, não têm significado geométrico verdadeiro. Estes 
parâmetros são calculados como base em poros cilíndricos paralelos 
hipotéticos que devem apresentar um comportamento equivalente 
aos espaços vazios reais. Outro aspecto à ser salientado é a presença 
de anisotropia. Neste caso, os parâmetros ligados à morfologia devem 
ser determinados em relação à camada superficial (pele) da membra-
na, que representa a principal resistência ao transporte. 
Os principais métodos de caracterização de membranas porosas 
são apresentados resumidamente na Tabela 3.3. O métodos mais 
utilizados são discutidos a seguir:
�
�
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
50 Processos de Separação por Membranas
Tabela 3.3 – Principais métodos de caracterização de membranas 
microporosas
Método Princípio Tamanho 
de Poros
Limitações Vantagens M/
P*
Microscopia
eletrônica
Observação > 500Å Boa defi nição 
para poros > 
que 500Å 
DTP 
(Distribuição 
Tamanho de 
poros) 
M
Porosimetria
de mercúrio
Equilíbrio
Pressão
e tensão 
superfi cial 
7,5 µm
a 20Å
Pressões
elevadas e 
anisotropia
Rapidez,
DTP M
Adsorção e 
dessorção
de gás
Condensação
capilar/tensão
superfi cial 
500
a 15Å
Equilíbrio lento
e anisotropia
Determina a 
DTP
M
Termoporo-
metria
Abaixamento da 
temperatura de 
fusão
1500
a 15Å
Interação
líq./polímero e 
anisotropia
Não há 
secagem e 
compressão
M
Permeabili-
dade
Escoamento de 
um fl uido
ampla Só valores 
médios podem 
ser obtidos
Equipamen-
to simples e 
rapidez
P
Ponto de 
Bolha
Tensão super-
fi cial
poros > 1.000Å Rapidez M
Permeação
gás-líquido
Desobstrução
do poro quando 
pext. > σsup.
> 300Å
Não é sensível 
para poros 
pequenos
Determina
poro máxi-
mo e DTP
P/M
Perporome-
tria
 Condensação 
capilar/perm. de 
gases
300
a 20Å
Interação
penetrante/
polímero
Determina
DTP
P/M
Rejeição
parcial
de solutos
Relação entre 
retenção e 
tamanho de 
poros (r)
ampla Relação 
MM/tamanho
e deformação 
molécula
Determina
DTP
P
(*) M – Parâmetros relacionados com a morfologia da membrana e P – Parâmetros 
relacionados com a permeabilidade.
2.1. Microscopia eletrônica
Basicamente são utilizadas duas técnicas para caracterização de mem-
branas: a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a microscopia 
eletrônica de transmissão (MET). Ambas as técnicas permitem uma 
caracterização rápida e precisa da estrutura porosa de membranas 
de microfiltração. Além disso, a microscopia eletrônica tem sido 
muito utilizada na análise das subestruturas porosas das membranas 
anisotrópicas. O limite de resolução dos microscópios eletrônicos de 
varredura está por volta de 0,01 µm (10 nm) e, por este motivo, é 
possível uma boa caracterização de membranas de microfiltração que 
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 51
apresentam poros na faixa de 0,1 a 10 µm. Mesmo com microscópios 
sofisticados (por ex.: microscópio eletrônico de emissão de campo 
com resolução de até 5 nm) não é possível utilizar esta técnica para 
caracterizar completamente as membranas de ultrafiltração.
Quando um material polimérico é analisado ao microscópio 
eletrônico a amostra corre a rico de se alterar, ou mesmo queimar, 
devido à alta voltagem empregada para a aceleração dos elétrons. 
Este problema é contornado recobrindo-se a amostra com uma fina 
camada metálica (~ 300 Å), normalmente de ouro. Neste caso, a 
amostra deve ser seca e novos cuidados devem ser tomados com o 
intuito de se evitar o colapso dos poros menores durante o processo de 
secagem, face as forças capilares. A técnica mais simples é substituir 
a água que possui tensão superficial elevada (γ = 72 x 10-3 N/m) e está 
presente nos poros das membranas, por outros líquidos de menor 
tensão superficial. A escolha dos líquidos depende do polímero que é 
utilizado para formar a membrana, uma vez que o líquido não deve 
inchar o polímero. Em geral, para os polímeros de uso mais corrente 
como polissulfona, poliétersulfona, poliéterimida e policarbonato, 
substitui-se a água pelo etanol e este pelo hexano, o qual, devido à 
baixa tensão superficial e alta volatilidade evapora dos poros sem 
deformá-los. Após este procedimento, a membrana é fraturada após 
imersão em nitrogênio líquido que evita a deformação na seção 
transversal da amostra. A seguir a amostra é recoberta com uma 
fina película de ouro em um equipamento denominado sputtering, 
sendo, a seguir, analisada ao microscópio eletrônico. Na Figura 3.3 
é apresentada uma fotomicrografia da superfície superior de uma 
membrana de microfiltração, bem como a mesma foto processada 
por um analisador de imagens, onde se obtém a curva acumulada e 
a de distribuição de tamanhos de poros. A membrana em questão é 
comercial, fabricada pela Millipore, com tamanho médio de poro de 
0,45 µm. Nas Figuras 3.4a e 3.4b são apresentadas as fotomicrografias 
da seção transversal de membranas de ultrafiltração, anisotrópica 
e isotrópica.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
52 Processos de Separação por Membranas
Figura 3.3 – Caracterização de uma membrana de microfi ltração em 
policarbonato por Microscopia Eletrônica de Varredura e Analisador de 
Imagens.
Figura 3.4 – Corte transversal de membranas a base de poliétersulfona – 
(a) anisotrópica; (b) isotrópica.
PERTENCE A DE AL MEI DA PACHECO
Processos de Separação por Membranas 53
2.2. Porosimetria pelo método da intrusão de Hg
A caracterização de meios porosos por intrusão de mercúrio é efetua-
da a partir de medidas do volume de mercúrio que penetra nos poros 
de uma membrana seca, em função da pressão aplicada. O método 
baseia-se na equação de Laplace, a qual fornece uma relação entre 
o raio do poro (r
p
) e a pressão (P) necessária para se vencer a tensão 
superficial entre o líquido (mercúrio) e o material de que é feita a 
membrana, ou seja:
 (3.1)
onde, σ é a tensão superficial mercúrio/ar e θ o ângulo de contato do 
mercúrio com o polímero. Como o mercúrio não molha a polímero, 
o ângulo de contato é maior que 90º e, consequentemente o cos(θ) é 
negativo. Esta é a razão do sinal negativo na Equação (3.1). A tensão 
superficial mercúrio/ar é em torno de 0,48 N/m e o ângulo de contato 
do mercúrio com materiais poliméricos é cerca de 143º.
Tendo em vista que o volume de mercúrio pode ser medido com 
precisão, o método permite uma