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O maravilhoso mundo das membranas (1)

por João André, em 06.11.14

Nunca o tinha feito antes, mas gostaria de deixar pela primeira vez uma explicação sobre a minha área de trabalho: tecnologia de membranas. Tentarei descrever um pouco do que se trata e quais as aplicações. Não sei, no momento em que escrevo, se sairá apenas um post ou vários (provavelmente será este o caso). Seja como for, penso que será uma lufada de ar fresco (para mim) sair dos temas políticos e escrever por uma vez sobre um tema que me fascina.

 

Porous membrane.jpg

 Imagem de uma membrana porosa feita com um microscópio electrónico. Na parte superior da imagem está a superfície da membrana e na parte inferior a estrutura interna vista por corte transversal. 

 

1. O que é uma membrana?

Comecemos por esclarecer que as membranas de que falo são membranas sintéticas, ou seja, produzidas - sintetizadas - pelo Homem. As membranas celulares partilham muitas das características que descreverei (falarei talvez um pouco delas a certa altura) mas são consideravelmente mais eficientes e estruturalmente diferentes das que os humanos produzem. Noutras situações, há quem se refira a membranas ou difragmas de forma alternada. A nomenclatura não estará errada em determinados campos tecnológicos, mas diafragmas são barreiras frequentemente absolutas, não permeáveis dentro das condições utilizadas. São por exemplo utilizadas como uma barreira flexível em bombas (das que bombeiam, não das que explodem) e não se pretende que deixem passar componentes.

 

 

Dado este exemplo, explico aquilo que a maioria identificará como uma membrana: um filtro de café ou de chá. É essencialmente um material feito para permitir a passagem de água e aquilo que nela esteja dissolvido (os componentes do café ou chá) e reter os materiais sólidos que ficam atrás. É portanto uma barreira semi-permeável, isto é, permeável aos líquidos e não permeável aos sólidos. De certa forma poderá dizer-se que todos os filtros são membranas de algum tipo. Só que quando se fala em filtros - termo técnico genérico - estamos a falar de membranas que separam muitas vezes objectos visíveis a olho nu ou um pouco mais pequenos. Começa a falar-se de membranas quando se usam filtros mais finos, que separam apenas no domínio de objectos microscópicos, nanoscópicos ou mesmo moleculares. A separação é feita habitualmente através dos poros das membranas ou, no caso das mais densas, através dos espaços entre as moléculas dos materiais que compõem a membrana.

 

Sendo assim, temos que falar em escalas. Comecemos pela definição dos tamanhos. Este link ajuda imenso a perceber o tamanho das coisas mas coloquemos as coisas assim: 1 m todos sabem quanto é. 1 mm também (aproximadamente um grão de areia). 0.1 mm, a décima parte de 1 mm, é o tamanho mais pequeno que é geralmente possível ver a olho nu e é também a espessura média de um cabelo humano. Começamos a descer na escala e temos 1 micrómetro (µm), que a escala das células. Os glóbulos brancos e  vermelhos do nosso corpo têm cerca de 10 e 7 µm respectivamente. Bactérias têm de 1 a 10 µm. Esta é a escala em que se começa a falar de membranas como as descrevo. Descendo ainda mais na escala, temos os maiores virús a 0,5 µm, ou 500 nm (nanómetros), embora o VIH tenha cerca de 9 nm. Para comparação, as ranhuras nos CD que permitem ler a informação têm cerca de 120 nm, ou seja, seria possível colocar 13 VIHs em cima uns dos outros até chegar ao topo. O comprimento de uma molécula de ADN é de 3 nm enquanto os famosos nanotubos de carbono têm 1 nm de espessura. Nesta fase ainda não chegámos aos limites daquilo que uma membrana pode separar, mas o tamanho começa a ser algo de relativo. Uma molécula de água tem cerca de 0.28 nm, ou 280 pm (picómetros, ou seja, 0,000000000001 metros) e um átomo de carbono tem 70 pm. Há quem fale na unidade Angstrom, ou Å, (0.1 nm ou 100 pm) para falar de tamanhos de átomos ou ligações entre eles. Um átomo de hidrogénio, o mais pequeno que existe, tem cerca de 25 pm. Há, no entanto, que referir que estes tamanhos atómicos são muitas vezes médios e relativos, sendo as distências entre átomos numa molécula.

 

Nas membranas, o tamanho a que paramos de falar em tamanhos com medidas de comprimento é por volta dos 10 a 50 nm. Para baixo disso falamos em massas moleculares, que são mais fiáveis que comprimentos. A certa altura também deixamos de nos referir a uma separação entre componentes usando apenas o tamanho (maior que x é retido e menor que x passa pela membrana) e começamos a usar a química de cada componente para distinguir quais passam a membrana e quais não o fazem. Explicarei estas distinções mais tarde na sequência.

 

Voltando à pergunta inicial, o que é uma membrana?, respondo que é uma barreira semi-permeável, que deixa passar alguns componentes mas não outros, baseando essa selectividade nos tamanhos dos ditos componentes, nas suas propriedades químicas e físicas e nas concentrações em que estão presentes. São produzidas a partir de polímeros com propriedades diferentes, dependendo dos objectivos; de materiais cerâmicos; e de, em alguns casos, de metais. Assumem formas distintas, sendo as mais comuns a de folha plana (como o papel) ou o tubo (em diversos tamanhos). São usadas para purificar água (a principal aplicação), intensificar processos físicos e químicos ourecuperar ou purificar gases. Estão presentes nas células de combustível (de hidrogénio) e são a parte central dos equipamentos de diálise. As suas utilidades aumentam constantemente, sendo hoje usadas para o transporte de frutos embalados (para deixar passar gases de forma controlada), pensos (protegem feridas e deixam passar oxigénio), testes médicos, ou pulmões artificiais. e é sobre isto que irei escrevendo à medida que o tempo e a disponibilidade mo permitam.

 


23 comentários

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De Manuel a 06.11.2014 às 13:17

Curiosidade: Desenvolve membranas para qualquer pedido e aplicação ou só para uma indústria em específico?
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De João André a 06.11.2014 às 13:31

Nem uma nem outra. A empresa onde trabalho desenvolve membranas de dois tipos (separação de gases e nanofiltração com solventes orgânicos), mas a minha área de trabalho não se limita a nenhum tipo de membrana, antes as utilizo para melhorar processos ou dou apoio aos processos onde existem já membranas.
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De Manuel a 06.11.2014 às 15:34

Digamos que é um purificador. Gostei de saber, mas como vemos, não só pelo seu post, esse tipo de assunto atrai pouco debate,talvez porque são assuntos muito particulares.
Enfim, o que quero dizer e sem prejuízo para a sua partilha, é que sem assuntos sobre as grandes questões da Humanidade, seja arte, a política, o desporto, a língua, a justiça, ficamos com um blog assim... perdido e abandonado.
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De Tiago Cabral a 06.11.2014 às 13:25

De facto o mundo das membranas é fascinante. :)
Foi o "toque" da HSC que fez efeito?
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De João André a 06.11.2014 às 13:30

Também. Tinha o post iniciado há muito, mas ainda não o tinha terminado. Um dia algo mais lento que o habitual ajudou
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De Cabanas a 06.11.2014 às 15:34

Reparo que hoje em dia muitos utilizadores vão aderindo à utilização de membranas para filtrar água da torneira...desnecessariamente...em pessoas saudáveis não há necessidade de filtrar água da torneira transformando-a quase em água destilada...depois à a questão da manutenção dos filtros onde poderá ocorrer o desenvolvimento de microrganismos...num entanto para processos de diálise acho verdadeiramente fundamentais!!!!
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De João André a 07.11.2014 às 08:45

Claro que depende dos casos: se eu for ao Egipto e quiser beber água da torneira certamente que levo um filtro de algum tipo. A água não é imprópria para consumo humano mas contém determinados componentes aos quais os europeus não estão habituados.

Na Europa em si, aí tem razão: não faz qualquer sentido purificar a água das torneiras (a qual é produzida utilizando também membranas). Mas não creio que purifiquem assim tanto a água da torneira, uma vez que para lhe remover os sais seriam necessárias outras membranas, as quais necessitam de pressões superiores, coisa que não está facilmente disponível.

Nos processos de diálise é necessário ter a membrana para separar o sangue do líquido (uma solução aquosa) usado e para purificar a água usada no processo em si.
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De cristof a 06.11.2014 às 16:10

Quando vier a propósito fale sobre as dessalinizaçoes viáveis com as novas membranas e outra aplicações que tornam as vidas das comunidades mais carentes mais fáceis.
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De João André a 07.11.2014 às 08:46

Certamente que sim, essa é uma das maiores aplicações existentes, mas as tecnologias de dessalinização são relativamente pouco usadas para as populações mais pobres, uma vez que são energeticamente mais onerosas. Depois abordarei o assunto.
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De Helena Ferro de Gouveia a 06.11.2014 às 16:36

Aprendi imenso com este post ( e essa também é a função de um blog) e por uma estranha associação de ideias ideias lembrei-me de um poema de Jorge de Sena, chamado Natal 42.

"Da passagem da aurora vem uma noite dizendo
que alguém resiste à coragem da vida.
E a noite supõe que só alguém resiste.
A noite desce, não pode saber que são muitos
que resistem todos por qualquer canto do ser,
mesmo quem finge, mesmo quem não finge
e sofre solitário por saber da força,
a força teima dentro quando se fareja,
ó noite, a resistência invade o coração do mundo,
terra não lavrada, terra que ficou incólume
do sangue dos justos, das lágrimas das mães
e das mulheres que quiseram ser mães
sem que qualquer homem lhes servisse
e das que não serviram para nenhum homem
e dos homens virgens porque o tempo urgia,
terra que ficou incólume
como se houvesse mais que duas mãos
para a esconder do orvalho!
Não, não querem que as palavras tristes
a humedeçam; querem reservá-la
para fins ocultos, para bruxarias,
para bonecos de barro de que fala a Bíblia,
muitas estátuas com rostos de empréstimo,
rostos roubados a quem sofreu pela esperança
e morreu lutando contra uma membrana ténue
entretecida pelo tear do medo.
Querem-te virgem, terra, para violações sangrentas,
e não consentem que sejas amada pela teimosia de estrelas
com que o Universo fecunda triunfante
o véu mísero e obscuro que, até tu sem querer,
estendes, quando planeta, sobre o firmamento."
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De João André a 07.11.2014 às 08:48

Nunca na vida me passaria pela cabeça ligar membranas a Jorge de Sena, mas ainda bem que o fez Helena :).
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De Vento a 06.11.2014 às 18:45

João,

boa ideia.

Lembrei-me de anexar dois exemplos visuais para que todos o entendam:

https://www.youtube.com/watch?v=yJ_jvP2aERY

https://www.youtube.com/watch?v=SjLK3x6dkmQ
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De João André a 07.11.2014 às 08:50

O primeiro é algo ilusório. Aquelas membranas não têm quase de certeza absoluta poros com 2 nm. Primeiro porque isso não é possível medir com tanta precisão numa membrana, depois porque tais poros exigiriam uma tal diferença de pressão que o simples sugar da água não bastaria.

Provavelmente as membranas do primeiro vídeo são semelhantes às do segundo (melhor feito e menos enganador): boas para remover micro-organismos e partículas da água, mas sem uso no caso de estarem presentes metais pesados ou alguns outros tipos de contaminantes.
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De Paulo abreu e Lima a 06.11.2014 às 21:30

Caro João,

Aprendi, e gostei muito, com este seu post.

Gosto muito de futebol (só do jogado), como de música, literatura, filosofia e (imagine) de política (mas não de politiquices). Admito que a actualidade política traga muitos mais leitores mas, como de resto refere a Doutora Helena Sacadura Cabral, aprendi a gostar mais deste blogue pelo dístico da diversidade de temas. Onde, de resto, o João sempre se evidenciou.
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De João André a 07.11.2014 às 08:51

Obrigado caro Paulo. Como respondi acima a outro comentador, esta é uma sequência de posts que eu já tinha mais ou menos planeada há uns tempos. Agora tenho que ir arranjando tempo para lhe ir dando continuidade.
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De jj.amarante a 06.11.2014 às 22:03

Muito interessante. Aguardo o próximo post. Umas imagens e uns filminhos, como os que forma referidos num comentário, seriam também interessantes.
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De João André a 07.11.2014 às 08:52

Imagens certamente, filminhos depende do que esteja disponível na net. Eu tenho vários filmes, mas são propriedade de empresas, as quais não os querem ver publicitados sem controlo delas, por isso tenho que procurar mais uns quantos.
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De Carlos Duarte a 07.11.2014 às 09:24

Há (ou haviam) uns vídeos fantásticos que mostravam o ponto de gelificação de um polímero utilizando membranas para remover o solvente. Já foram há uns (mais de 10...) anos, quando ainda estava na licenciatura, mas admito que eles para aí andem.
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De João André a 07.11.2014 às 10:42

Tenho uns três vídeos desses, mas preciso de autorização para os mostrar (lá está). Também tenho uns vídeos muito giros com o funcionamento de um módulo de membranas, mas esses sei que não posso mostrar. Mas há coisas por aí, como diz, que permitem ver o que são e como funcionam (e como são feitas) as membranas. Alguma coisa se arranjará.
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De Teresa Ribeiro a 07.11.2014 às 09:15

Alguns comentadores insinuaram que o assunto membranas não é interessante para partilhar. Achei natural. Hoje as pessoas estão muito programadas para só gostar do que é fortemente apelativo (seja pela estética ou pelo carácter polémico dos conteúdos). A mim o que surpreendeu foi gostar tanto de saber acerca deste tema que, já percebi, tem pano para mangas. Aguardo os próximos capítulos :)
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De João André a 07.11.2014 às 10:44

Penso que qualquer assunto de tecnologia tem pano para mangas, é preciso é conhecê-lo. Também acho natural que algumas pessoas não se interessem. Se alguém me viesse falar da agricultura no Burkina Faso eu também não me interessaria por aí além, embora houvesse muito quem o fizesse.

Mas fico contente que tenhas gostado. Para dizer a verdade, o primeiro post suscitou mais interese do que eu esperaria. O resto virá certamente :).
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De lucklucky a 07.11.2014 às 09:17

Bom. Mundo da tecnologia.
Só uma ideia, que tal um pouco de história das membranas desde a antiguidade.
Talvez até seja ideia para um livro.
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De João André a 07.11.2014 às 10:45

Uuuiiii... isso seria mesmo para livro, coisa que eu não tenho tempo para escrever (ademais, quase qualquer livro sobre membranas inclui um pouco de história). Mas ainda abordarei o tema, há uma ou outra história engraçada nisso (usar tripas de porco para diálise, por exemplo). Obrigado pela sugestão.

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