Um estudo computacional sobre mecanismos moleculares de transporte e modelos para recuperação de álcool por membranas de pervaporação poliméricas

Resumo O desenvolvimento de modelos para recuperação de bioálcool via membranas de pervaporação (PV) tem sido dificultado por uma insuficiente compreensão dos mecanismos de transporte em nível molecular. Realizamos simulações de dinâmica molecular para desvendar o mecanismo de transporte de moléculas de solventes (água e álcool) em membranas poliméricas. Para membranas com diferentes hidrofilicidades, as concentrações de álcool nas interfaces solução-membrana e vapor-líquido foram similares e aproximaram-se das atividades na solução aquosa. Desenvolvemos um método de ciclo termodinâmico para calcular parâmetros de interação e aplicamos a teoria de Flory-Huggins para quantificar a solubilidade das moléculas de solvente. Em soluções diluídas de álcool (≤5 wt%), a baixa solubilidade promove a dispersão molecular dos solventes nas membranas, tornando os coeficientes de difusão praticamente independentes da solubilidade. Com base nesses insights em nível molecular, os fatores que afetam o fator de separação/volatilidade relativa dos processos PV/ destilação foram quantificados usando coeficientes propostos. Esses coeficientes fornecem uma compreensão intuitiva do motivo pelo qual o fator de separação de várias membranas poliméricas é maior ou menor que a volatilidade relativa.