Desarrollo de membranas nanoestructuradas por la técnica de electroestirado para su aplicación a la remediación del medio ambiente : influencia de la morfología en el mojado
El trabajo de tesis realizado tuvo como objetivo general producir nuevo conocimiento en el área de física de materiales. En particular, desarrollar nuevas nanoestructuras capaces de conformar mallados macroscópicos que puedan actuar como membranas poliméricas para remoción de contaminantes en sistem...
Guardado en:
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Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
2020
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ELECTROESTIRADO ALCOHOL POLIVINILICO ACIDO POLILACTICO QUITOSANO MENBRANAS REMEDIACION DE AGUA ELECTROSPINNING POLYLACTIC ACID POLYVINYL ALCOHOL CHITOSAN MEMBRANES WATER REMEDIATION Cimadoro, Jonathan Daniel Desarrollo de membranas nanoestructuradas por la técnica de electroestirado para su aplicación a la remediación del medio ambiente : influencia de la morfología en el mojado |
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ELECTROESTIRADO ALCOHOL POLIVINILICO ACIDO POLILACTICO QUITOSANO MENBRANAS REMEDIACION DE AGUA ELECTROSPINNING POLYLACTIC ACID POLYVINYL ALCOHOL CHITOSAN MEMBRANES WATER REMEDIATION |
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El trabajo de tesis realizado tuvo como objetivo general producir nuevo conocimiento en el área de física de materiales. En particular, desarrollar nuevas nanoestructuras capaces de conformar mallados macroscópicos que puedan actuar como membranas poliméricas para remoción de contaminantes en sistemas líquidos. La principal tecnología de fabricación aplicada fue el electroestirado. Se realizó un estudio sistemático para determinar la influencia de las variables de la solución polimérica a electroestirar (viscosidad, conductividad y tensión superficial) y de los parámetros del proceso (caudal, campo eléctrico, humedad, etc.) en la morfología de las nanofibras y los mallados producidos. Este estudio demostró que, combinando adecuadamente los parámetros de la solución polimérica con los del proceso, se podían obtener, además de las nanofibras, nanopartículas o fibras cortas. Este aprendizaje se plasmó en un capítulo de un libro para la industria de alimentos y fue la base de todos los desarrollos de la tesis. En el caso de los mallados, se estudiaron los principales aspectos físicos que vinculan su morfología con su aplicación. Estos son: el mojado (energía de superficie) y el comportamiento de los poros cuando el material está en contacto con el fluido a permear. En el desarrollo de la tesis se emplearon tres polímeros comerciales biodegradables: el alcohol polivinílico (PVA), el poli (ácido láctico) (PLA) y el quitosano (CHN). En el desarrollo de las soluciones /dispersiones de los polímeros se emplearon los solventes que tuvieran el menor impacto negativo posible en el medio ambiente. Los parámetros de la solución y del proceso de electroestirado se optimizaron buscando producir mallados compuestos por fibras de aspecto uniforme y con el menor número de inhomogeneidades. El PVA y el CHN son polímeros solubles en agua. Por lo tanto, se estudió la forma de reticular sus mallados para que mantuvieran su integridad durante el uso. Esto se logró realizando un tratamiento térmico de reticulación con ácido cítrico, que permitió reducir la solubilidad a menos de un 3% en masa. Se caracterizó la morfología de los mallados tanto en seco como en sus condiciones de uso. En seco se obtuvo mediante Microscopía Electrónica de Barrido mientras que, por primera vez en la literatura, se empleó la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica para caracterizar la morfología de una membrana en sus condiciones de uso. Esta caracterización permitió demostrar que las fibras de PVA y PVA-CHN aumentaban significativamente su diámetro durante los primeros 40 minutos de inmersión en agua debido a un efecto de hinchamiento, manteniéndose constante para tiempos mayores. Se observó también que el contacto con agua incrementaba significativamente la transmitancia del mallado de PVA a la luz visible (tornándose de blanco a transparente). Se utilizó el modelo de dispersión de Mie para estudiar los motivos de dicho cambio de transmitancia. Se concluyó que el efecto de transparencia ocurría debido a dos causas: el reemplazo del aire entre fibras por agua y el hinchamiento de las fibras en contacto con agua. Con el objetivo de ampliar el conocimiento de los procesos de mojado en membranas, se estudió la presión crítica necesaria para mover un líquido a través de una red de poros. Para simplificar el análisis teórico, se emplearon mallados de acero inoxidable comerciales con distintas relaciones de aspecto (cociente entre el espaciado entre fibras y diámetro de las mismas), incluyendo las mismas que se encuentran en los mallados obtenidos por electroestirado. El empleo de las mallas metálicas facilitó el estudio ya que son rígidas, homogéneas y constituidas por una única capa de fibras. Se teorizó y comprobó experimentalmente un nuevo mecanismo de presión máxima para la humectación y pasaje de líquidos a través de las mallas. Este mecanismo se vuelve dominante a medida que la porosidad disminuye y por lo tanto es de gran importancia en un sistema con aberturas intrínsecamente pequeñas, como son las membranas electroestiradas. Se estudió el mojado de los mallados obtenidos por electroestirado, calculando la energía de superficie a partir de mediciones de ángulo de contacto. La rugosidad generada por la técnica de electroestirado tiene consecuencias importantes sobre su mojabilidad. En función del polímero utilizado y del mojado obtenido, se planificó la aplicación de cada mallado. Por ejemplo, el PLA, pasa de ser un material levemente hidrofóbico (en forma de película continua) a uno fuertemente hidrofóbico (como mallado). En este caso, un mallado circular de 6 cm de diámetro resiste el paso de agua incluso para presiones hidrostáticas altas (20 cm H2O); en cambio, líquidos menos polares, como aceites, mojan la malla y permean fácilmente. Debido a estos resultados, se pensó en su funcionamiento como filtro para extraer agua de gasoil. La separación de emulsiones del tipo agua-en-aceite ha sido uno de los principales problemas a resolver en la industria de producción de combustibles a partir del petróleo durante los últimos años. Esto se debe a que, en muchas aplicaciones, dispersiones de agua afectan significativamente el rendimiento final de los combustibles. La membrana realizada en este trabajo de tesis permitió filtrar emulsiones de agua en gasoil de una concentración tan baja como 0,1% con un índice de rechazo de hasta el 98%. Los mallados de PVA y PVA-CHN resultaron hidrofílicos, indicando que este tipo de mallados son adecuados para trabajar en remediación de aguas. Los mallados de PVA, al ser utilizados como membranas, permitieron limpiar agua contaminada con Escherichia coli por exclusión de tamaño, con un índice de rechazo mayor al 99,9. Se demostró que, si bien las bacterias no atravesaron completamente la membrana, fueron capaces de alojarse en su interior, desplazándose por reptación. Posiblemente la bacteria logra ingresar a la malla aprovechando la gran deformación elástica que pueden tener las fibras debido a su muy pequeño diámetro. Estudios mediante respirometría demostraron que estas bacterias no son capaces de degradar el PVA cuando este está en forma de malla nanoestructurada, al menos rápidamente. Además, estudios preliminares mostraron que el sistema malla de PVA conteniendo E- Coli era capaz de remover Cu2+ del agua con una eficiencia de 99.9%. Los mallados de PVA también se emplearon para la filtración de nanopartículas de 25 nm de óxido de titanio, obteniéndose mejoras significativas en el índice de rechazo cuando se permitió que la membrana sufriera hinchamiento durante 40 minutos en agua (antes de comenzar la filtración). Se observó también que el proceso de hinchamiento era reversible en más de un 60% mediante un tratamiento de secado adecuado. En función de estos resultados, se generó un protocolo cíclico de filtración, secado, limpiado y reutilización de la membrana, que prolonga significativamente su vida útil. El efecto del hinchamiento reversible nunca había sido propuesto en la literatura como un aliado en la filtración. Los polímeros con capacidad de hinchamiento por agua o fluido biológico permiten el diseño de estructuras de liberación controlada. La migración al medio acuoso desde un sistema de esta naturaleza implica un proceso de absorción de agua o fluido biológico, y otro simultáneo de desorción y difusión de la carga a liberar, controlado por el hinchamiento que sufre el material polimérico. La elevada relación superficie/volumen y la biocompatibilidad de las membranas de PVA las convierten en interesantes candidatos para aplicaciones biomédicas. En esta tesis, se incorporaron polisacáridos bacterianos mediante un producto comercial de aplicación en veterinaria en soluciones de PVA y se obtuvieron mallados capaces de liberarlo de forma controlada para ser usados en el futuro en contacto con una herida, con el objetivo de favorecer el proceso de cicatrización. El Quitosano posee grupos aminos los cuales se ha demostrado en la literatura son eficientes para adsorber iones de arsénico mediante interacción electrostática. El arsénico es una de las diez sustancias químicas que la Organización Mundial de la Salud (OMS) considera más preocupantes para la salud pública y es el principal contaminante del agua en la Argentina, donde se han detectado cantidades por encima del límite establecido en 16 de sus provincias. El electroestirado de quitosano se realiza usualmente utilizando soluciones en solventes fluorados o clorados, como el ácido trifluoroacético o diclorometano. En esta tesis se consiguió realizar mallados de una mezcla en iguales proporciones de PVA y CHN, utilizando como solvente una disolución de ácido acético en agua al 10% en masa. Para lograr su solubilidad en estas condiciones, el grado de desacetilación del CHN fue incrementado mediante un tratamiento con hidróxido de sodio, mejorando significativamente su solubilidad. Para mejorar la resistencia mecánica de los mallados obtenidos, el proceso de electroestirado se realizó sobre un mallado metálico. De esta manera se obtuvo una membrana compuesta por un mallado de acero inoxidable y un mallado de PVA-CHN. Los mallados de PVA-CHN sobre mallas metálicas fueron utilizados para remediar dispersiones de arsénico(V) en agua, colocándolos en batch. Partiendo de 100 mL de dispersión 1000 ppb y utilizando una membrana cuadrada de 3 cm x 3 cm se logró reducir la concentración a valores inferiores a los límites de detección del equipo con el que contamos (ICP óptico). Los resultados preliminares sugieren la presencia de grupos aminos en la superficie de las fibras, dado que en los primeros 10 minutos la concentración de arsénico se reduce a la mitad. Los resultados obtenidos en la filtración de Esquerichia Coli mediante membranas de PVA permitieron pensar en su utilización como soporte de bacterias específicas para la remoción de determinados contaminantes. En colaboración con el grupo de la Dra. Elizabeth Agostini de la Universidad de Rio Cuarto, se elaboraron biomallas remediadoras, conteniendo diversos tipos de bacterias y una fuente de alimentación. Las mallas bioactivadas se emplearon en la remoción de diferentes contaminantes, tanto desde medios líquidos sintéticos adicionados con los contaminantes como desde efluentes naturales. Además, se evaluó su re-uso durante 5 ciclos de remoción de contaminantes (de 24hs cada ciclo). Las biomallas resultaron ser altamente eficientes comparado con el empleo de los mismos microorganismos sin asociación a mallas. No se pueden dar detalles de este desarrollo por un acuerdo de confidencialidad con el grupo de Rio Cuarto. (patente en redacción). |
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I28-R145-tesis_n6777_Cimadoro_oai2023-08-29 Goyanes, Silvia Nair Cimadoro, Jonathan Daniel 2020-07-29 El trabajo de tesis realizado tuvo como objetivo general producir nuevo conocimiento en el área de física de materiales. En particular, desarrollar nuevas nanoestructuras capaces de conformar mallados macroscópicos que puedan actuar como membranas poliméricas para remoción de contaminantes en sistemas líquidos. La principal tecnología de fabricación aplicada fue el electroestirado. Se realizó un estudio sistemático para determinar la influencia de las variables de la solución polimérica a electroestirar (viscosidad, conductividad y tensión superficial) y de los parámetros del proceso (caudal, campo eléctrico, humedad, etc.) en la morfología de las nanofibras y los mallados producidos. Este estudio demostró que, combinando adecuadamente los parámetros de la solución polimérica con los del proceso, se podían obtener, además de las nanofibras, nanopartículas o fibras cortas. Este aprendizaje se plasmó en un capítulo de un libro para la industria de alimentos y fue la base de todos los desarrollos de la tesis. En el caso de los mallados, se estudiaron los principales aspectos físicos que vinculan su morfología con su aplicación. Estos son: el mojado (energía de superficie) y el comportamiento de los poros cuando el material está en contacto con el fluido a permear. En el desarrollo de la tesis se emplearon tres polímeros comerciales biodegradables: el alcohol polivinílico (PVA), el poli (ácido láctico) (PLA) y el quitosano (CHN). En el desarrollo de las soluciones /dispersiones de los polímeros se emplearon los solventes que tuvieran el menor impacto negativo posible en el medio ambiente. Los parámetros de la solución y del proceso de electroestirado se optimizaron buscando producir mallados compuestos por fibras de aspecto uniforme y con el menor número de inhomogeneidades. El PVA y el CHN son polímeros solubles en agua. Por lo tanto, se estudió la forma de reticular sus mallados para que mantuvieran su integridad durante el uso. Esto se logró realizando un tratamiento térmico de reticulación con ácido cítrico, que permitió reducir la solubilidad a menos de un 3% en masa. Se caracterizó la morfología de los mallados tanto en seco como en sus condiciones de uso. En seco se obtuvo mediante Microscopía Electrónica de Barrido mientras que, por primera vez en la literatura, se empleó la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica para caracterizar la morfología de una membrana en sus condiciones de uso. Esta caracterización permitió demostrar que las fibras de PVA y PVA-CHN aumentaban significativamente su diámetro durante los primeros 40 minutos de inmersión en agua debido a un efecto de hinchamiento, manteniéndose constante para tiempos mayores. Se observó también que el contacto con agua incrementaba significativamente la transmitancia del mallado de PVA a la luz visible (tornándose de blanco a transparente). Se utilizó el modelo de dispersión de Mie para estudiar los motivos de dicho cambio de transmitancia. Se concluyó que el efecto de transparencia ocurría debido a dos causas: el reemplazo del aire entre fibras por agua y el hinchamiento de las fibras en contacto con agua. Con el objetivo de ampliar el conocimiento de los procesos de mojado en membranas, se estudió la presión crítica necesaria para mover un líquido a través de una red de poros. Para simplificar el análisis teórico, se emplearon mallados de acero inoxidable comerciales con distintas relaciones de aspecto (cociente entre el espaciado entre fibras y diámetro de las mismas), incluyendo las mismas que se encuentran en los mallados obtenidos por electroestirado. El empleo de las mallas metálicas facilitó el estudio ya que son rígidas, homogéneas y constituidas por una única capa de fibras. Se teorizó y comprobó experimentalmente un nuevo mecanismo de presión máxima para la humectación y pasaje de líquidos a través de las mallas. Este mecanismo se vuelve dominante a medida que la porosidad disminuye y por lo tanto es de gran importancia en un sistema con aberturas intrínsecamente pequeñas, como son las membranas electroestiradas. Se estudió el mojado de los mallados obtenidos por electroestirado, calculando la energía de superficie a partir de mediciones de ángulo de contacto. La rugosidad generada por la técnica de electroestirado tiene consecuencias importantes sobre su mojabilidad. En función del polímero utilizado y del mojado obtenido, se planificó la aplicación de cada mallado. Por ejemplo, el PLA, pasa de ser un material levemente hidrofóbico (en forma de película continua) a uno fuertemente hidrofóbico (como mallado). En este caso, un mallado circular de 6 cm de diámetro resiste el paso de agua incluso para presiones hidrostáticas altas (20 cm H2O); en cambio, líquidos menos polares, como aceites, mojan la malla y permean fácilmente. Debido a estos resultados, se pensó en su funcionamiento como filtro para extraer agua de gasoil. La separación de emulsiones del tipo agua-en-aceite ha sido uno de los principales problemas a resolver en la industria de producción de combustibles a partir del petróleo durante los últimos años. Esto se debe a que, en muchas aplicaciones, dispersiones de agua afectan significativamente el rendimiento final de los combustibles. La membrana realizada en este trabajo de tesis permitió filtrar emulsiones de agua en gasoil de una concentración tan baja como 0,1% con un índice de rechazo de hasta el 98%. Los mallados de PVA y PVA-CHN resultaron hidrofílicos, indicando que este tipo de mallados son adecuados para trabajar en remediación de aguas. Los mallados de PVA, al ser utilizados como membranas, permitieron limpiar agua contaminada con Escherichia coli por exclusión de tamaño, con un índice de rechazo mayor al 99,9. Se demostró que, si bien las bacterias no atravesaron completamente la membrana, fueron capaces de alojarse en su interior, desplazándose por reptación. Posiblemente la bacteria logra ingresar a la malla aprovechando la gran deformación elástica que pueden tener las fibras debido a su muy pequeño diámetro. Estudios mediante respirometría demostraron que estas bacterias no son capaces de degradar el PVA cuando este está en forma de malla nanoestructurada, al menos rápidamente. Además, estudios preliminares mostraron que el sistema malla de PVA conteniendo E- Coli era capaz de remover Cu2+ del agua con una eficiencia de 99.9%. Los mallados de PVA también se emplearon para la filtración de nanopartículas de 25 nm de óxido de titanio, obteniéndose mejoras significativas en el índice de rechazo cuando se permitió que la membrana sufriera hinchamiento durante 40 minutos en agua (antes de comenzar la filtración). Se observó también que el proceso de hinchamiento era reversible en más de un 60% mediante un tratamiento de secado adecuado. En función de estos resultados, se generó un protocolo cíclico de filtración, secado, limpiado y reutilización de la membrana, que prolonga significativamente su vida útil. El efecto del hinchamiento reversible nunca había sido propuesto en la literatura como un aliado en la filtración. Los polímeros con capacidad de hinchamiento por agua o fluido biológico permiten el diseño de estructuras de liberación controlada. La migración al medio acuoso desde un sistema de esta naturaleza implica un proceso de absorción de agua o fluido biológico, y otro simultáneo de desorción y difusión de la carga a liberar, controlado por el hinchamiento que sufre el material polimérico. La elevada relación superficie/volumen y la biocompatibilidad de las membranas de PVA las convierten en interesantes candidatos para aplicaciones biomédicas. En esta tesis, se incorporaron polisacáridos bacterianos mediante un producto comercial de aplicación en veterinaria en soluciones de PVA y se obtuvieron mallados capaces de liberarlo de forma controlada para ser usados en el futuro en contacto con una herida, con el objetivo de favorecer el proceso de cicatrización. El Quitosano posee grupos aminos los cuales se ha demostrado en la literatura son eficientes para adsorber iones de arsénico mediante interacción electrostática. El arsénico es una de las diez sustancias químicas que la Organización Mundial de la Salud (OMS) considera más preocupantes para la salud pública y es el principal contaminante del agua en la Argentina, donde se han detectado cantidades por encima del límite establecido en 16 de sus provincias. El electroestirado de quitosano se realiza usualmente utilizando soluciones en solventes fluorados o clorados, como el ácido trifluoroacético o diclorometano. En esta tesis se consiguió realizar mallados de una mezcla en iguales proporciones de PVA y CHN, utilizando como solvente una disolución de ácido acético en agua al 10% en masa. Para lograr su solubilidad en estas condiciones, el grado de desacetilación del CHN fue incrementado mediante un tratamiento con hidróxido de sodio, mejorando significativamente su solubilidad. Para mejorar la resistencia mecánica de los mallados obtenidos, el proceso de electroestirado se realizó sobre un mallado metálico. De esta manera se obtuvo una membrana compuesta por un mallado de acero inoxidable y un mallado de PVA-CHN. Los mallados de PVA-CHN sobre mallas metálicas fueron utilizados para remediar dispersiones de arsénico(V) en agua, colocándolos en batch. Partiendo de 100 mL de dispersión 1000 ppb y utilizando una membrana cuadrada de 3 cm x 3 cm se logró reducir la concentración a valores inferiores a los límites de detección del equipo con el que contamos (ICP óptico). Los resultados preliminares sugieren la presencia de grupos aminos en la superficie de las fibras, dado que en los primeros 10 minutos la concentración de arsénico se reduce a la mitad. Los resultados obtenidos en la filtración de Esquerichia Coli mediante membranas de PVA permitieron pensar en su utilización como soporte de bacterias específicas para la remoción de determinados contaminantes. En colaboración con el grupo de la Dra. Elizabeth Agostini de la Universidad de Rio Cuarto, se elaboraron biomallas remediadoras, conteniendo diversos tipos de bacterias y una fuente de alimentación. Las mallas bioactivadas se emplearon en la remoción de diferentes contaminantes, tanto desde medios líquidos sintéticos adicionados con los contaminantes como desde efluentes naturales. Además, se evaluó su re-uso durante 5 ciclos de remoción de contaminantes (de 24hs cada ciclo). Las biomallas resultaron ser altamente eficientes comparado con el empleo de los mismos microorganismos sin asociación a mallas. No se pueden dar detalles de este desarrollo por un acuerdo de confidencialidad con el grupo de Rio Cuarto. (patente en redacción). The aim of this thesis was to generate new knowledge in the area of materials physics. In particular, the work focused on the development of new nanostructures capable of forming macroscopic mats that can act as polymeric membranes for the removal of contaminants in liquid systems. The main applied manufacturing technology was electrospinning. A systematic study was carried out to determine the influence of the solution and process parameters (viscosity, conductivity, surface tension of the polymeric solution and electric field, rotating collector speed, injector-collector distance and injection rate) in the morphology of the obtained fibers and electrospun mats. This study showed that, by properly combining the parameters of the polymer solution with those of the process, nanofibres, nanoparticles or short fibres could be obtained. This learning was manifested in a book chapter for the food industry and was the basis of all the thesis developments. In the case of electrospun mats, the main physical aspects linking their morphology with their application were studied. These are: wetting (surface energy) and pores behavior when the material is in contact with the fluid to be permeated. Three commercial biodegradable polymers were used in the development of the thesis work: polyvinyl alcohol (PVA), poly(lactic acid) (PLA) and chitosan (CHN). Solvents with the lowest possible negative impact on the environment were used in the development of polymer solutions/ dispersions. The parameters of the solution and electrospinning process were optimized in order to produce meshes composed of homogeneous fibers with the least number of beads. PVA and CHN are water soluble polymers. Therefore, it was study how to cross-link their meshes so that they maintained their integrity during use. This was achieved by performing a thermal cross-linking treatment with citric acid, which allowed reducing the solubility to less than 3% by mass. The morphology of the electrospun mats was characterized both dry and in their conditions of use. In dry, it was obtained by scanning electron microscopy while for the determination under conditions of use, the technique of atomic force microscopy was applied for the first time in the literature. This characterization allowed to demonstrate that the PVA and PVA-CHN fibers significantly increased their diameter during the first 40 minutes of immersion in water due to a swelling effect, remaining constant for longer times. It was also observed that contact with water significantly increased the transmittance of the PVA mats to visible light (turning from white to transparent). Mie's scattering model was used to study the reasons for this change in transmittance. It was concluded that the transparency effect was due to two causes: the replacement of air between fibers by water and the swelling of the fibers in contact with water. In order to increase the knowledge of membrane wetting processes, the critical pressure needed to move a liquid through a pores network was studied. To simplify the theoretical analysis, commercial stainless steel meshes with different aspect ratios (ratio between fiber spacing and average diameter) were used. Aspect ratios used include those found on electrospun mats. The use of metal meshes facilitated the study because they are rigid, homogeneous and made up of a single layer of fibers. A new maximum pressure mechanism for the wetting and passage of liquids through the meshes was theorized and experimentally tested. This mechanism becomes dominant as porosity decreases and therefore it is important in a system with inherently small pores, such as electrospun mats. The wetting of the electro-spun mats was studied from the determination of the contact angle using several solvents with different polarity. These results allowed to calculate the surface energy of the mats. The roughness generated by the electrospinning technique has important consequences on the mat wettability. Depending on the polymer used and the wetting obtained, the application of each mesh was planned. For example, PLA changes from a slightly hydrophobic material (in the form of a continuous film) to a strongly hydrophobic material (such as a mat). In this case, a circular mat 6 cm in diameter resists the passage of water even for high hydrostatic pressures (20 cm H2O); on the other hand, liquids with less polarity, such as oils, wet the mat and permeate easily. Due to these results, it was thought that it could function as a filter to extract water from diesel oil. The separation of water-in-oil emulsions has been one of the main problems to be solved in the oil-based fuel production industry in recent years. This is because, in many applications, water dispersions significantly affect the final performance of fuels. The membrane made in this thesis work allowed filtering water emulsions in diesel oil of a concentration as low as 0.1% with a rejection rate of up to 98%. On the other hand, PVA and PVA-CHN electrospun mats were hydrophilic, indicating that these types of mat are suitable for working in water remediation. The PVA electrospun mat, when used as membranes, allowed to clean water contaminated with Escherichia coli with a rejection ratio of 99.9%. The proposed removal mechanism was size exclusion. It was shown that, although bacteria cannot pass through the membrane, they can enter the mat and remain inside it by means of a reptation mechanism. Possibly the bacteria taking advantage of the great elastic deformation that the fibers can have due to its very small diameter. Studies by respirometry showed that these bacterias are not able to degrade the PVA when it is in the form of nanostructured mat, at least quickly. In addition, preliminary studies showed that the PVA mesh system containing E-Coli was able to remove Cu2+ from the water with an efficiency of 99.9% The PVA mat were also used for filtration of 25 nm titanium oxide nanoparticles, obtaining significant improvements in the rejection rate when the membrane was allowed to swell for 40 minutes in water (before starting filtration). It was also observed that the swelling process was reversible by more than 60% by an appropriate drying treatment. Based on these results, a cyclic protocol for filtration, drying, cleaning and reuse of the membrane was generated, which significantly prolongs its useful life. The effect of reversible swelling had never been proposed in literature as an ally in filtration. Polymers capable of swelling by water or biological fluid allow the design of controlled release structures. The migration to the aqueous medium from a system of this nature implies a process of absorption of water or biological fluid, and another simultaneous process of desorption and diffusion of the load to be released, controlled by the swelling suffered by the polymeric material. The high surface/volume ratio and the biocompatibility of PVA membranes make them interesting candidates for biomedical applications. In this thesis, bacterial polysaccharides were incorporated by a commercial product for veterinary application in PVA solutions. The mats obtained by electrospinning of this solution, showed a high capacity to release it in time. This product, in contact with a wound could favor the healing process. In test stage in rats (bioterio service). Chitosan has amino groups which have been shown in the literature to be efficient for adsorbing arsenic ions by electrostatic interaction. Arsenic is one of the ten chemical substances that the World Health Organization (WHO) considers most worrying for public health and is the main water pollutant in Argentina, where quantities above the limit have been detected in 16 of its provinces. It is important to note that Chitosan electrospinning is usually done using solutions in fluorinated or chlorinated solvents, such as trifluoroacetic acid or dichloromethane. In this thesis, it was possible to mix PVA and CHN in equal proportions, using as a solvent a 10% solution of acetic acid in water (in mass). To increase the solubility of CHN, the degree of initial deacetylation was increased, by treatment with sodium hydroxide. This significantly improved its solubility and allowed mixtures with equal weight percentage of PVA / CHN. In order to improve the mechanical resistance of the obtained mats, the electrospinning process was carried out over a metallic mesh. In this way, a membrane consisting of a stainless-steel mesh and a PVA-CHN mat was obtained. The PVA-CHN mat over metallic meshes were used to remediate dispersions of arsenic (V) in water, placing them in batches. Starting from a 100 mL of 1000 ppb dispersion and using a 3 cm x 3 cm square membrane, the concentration was reduced to values below the detection limits of the available equipment (optical ICP). Preliminary results suggest the presence of amine groups on the surface of the fibers, since in the first 10 minutes the concentration of arsenic is reduced by half. The results obtained in the filtration of Esquerichia Coli through PVA membranes allowed to think of its use as a support of specific bacteria for the removal of certain contaminants. In collaboration with Dr. Elizabeth Agostini's group from Universidad de Rio Cuarto, remedial bio-mats were developed, containing several types of bacteria and a food source. The bioactivated mats were used in the removal of different contaminants. The efficiency of both synthetic liquid media with the contaminants added, and in natural effluents was evaluated. In addition, its reuse was evaluated for 5 cycles (24 hours each cycle). The bio-mats proved to be highly efficient in removing contaminants compared to the use of the same microorganisms without association with the mats. Details of this development cannot be given due to a confidentiality agreement with the Rio Cuarto group. (patent pending). Fil: Cimadoro, Jonathan Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. application/pdf https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6777_Cimadoro spa Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar ELECTROESTIRADO ALCOHOL POLIVINILICO ACIDO POLILACTICO QUITOSANO MENBRANAS REMEDIACION DE AGUA ELECTROSPINNING POLYLACTIC ACID POLYVINYL ALCOHOL CHITOSAN MEMBRANES WATER REMEDIATION Desarrollo de membranas nanoestructuradas por la técnica de electroestirado para su aplicación a la remediación del medio ambiente : influencia de la morfología en el mojado Development of nanostructured membranes by electro-spinning technique for their application to environmental remediation : influence of morphology on wetting property info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n6777_Cimadoro_oai |