Preparation of low-cost ceramic membranes for microfiltration using sugarcane bagasse ash as a pore-forming agent

• Published in: Cerâmica Vol. 65; no. 376; pp. 620 - 625
• Main Authors: Andrade, R. M., Jaques, N. G., Sousa, J., Dutra, R. P. S., Macedo, D. A., Campos, L. F. A.
• Format: Magazine Article
• Language: English; Portuguese
• Published: Sao Paulo Associacao Brasileira de Ceramica 01.12.2019; Associação Brasileira de Cerâmica
• Subjects: Aluminum oxide; Ashes; Bagasse; ceramic membrane; Ceramics industry; Chemical composition; Clay minerals; Filtration; Kaolinite; kaolinite clay; Low cost; Membranes; Microfiltration; Organic chemistry; Particle size distribution; Pore formation; Pore size; Porosity; Raw materials; Sugarcane; sugarcane bagasse ash; water filtration; Water purification; Zirconium dioxide
• ISSN: 0366-6913; 1678-4553
• DOI: 10.1590/0366-69132019653762696

Abstract Ceramic membranes are of great industrial interest in separation processes. They are characterized by high chemical and thermal stabilities and filtration capacity at high temperatures (>500 °C) in a wide range of pH values. However, the major disadvantage of ceramic membranes is the high-cost of production involving synthetic raw materials, usually alumina and zirconia. In this work, low-cost ceramic membranes were prepared by solid-state reactive firing using a mixture of kaolinite clay and sugarcane bagasse ash. Particle size distribution, thermal, mineralogical, and chemical composition analyses were carried out to study the raw materials. Technological properties and water permeability were investigated in samples fired between 800 and 1000 °C. The filtration efficiency was measured by comparative analyses between the raw water and the filtrate. The mean pore size ranging from 2.5 to 6.0 μm makes the sugarcane bagasse ash derived ceramic membranes suitable for microfiltration processes. Resumo Membranas cerâmicas são de grande interesse industrial em processos de separação. Elas são caracterizadas por elevada estabilidade química/térmica e capacidade de filtração em temperaturas acima de 500 °C em uma larga faixa de valores de pH. Entretanto, a grande desvantagem das membranas cerâmicas é o elevado custo de produção envolvendo matérias-primas sintéticas, geralmente alumina e zircônia. Nesse contexto, membranas cerâmicas de baixo custo foram preparadas por sinterização reativa usando uma mistura de argila caulinítica e cinza de bagaço de cana de açúcar. Análises de distribuição de tamanho de partícula, térmica, mineralógica e de composição química foram realizadas para estudar as matérias-primas. As propriedades tecnológicas e de permeabilidade à água foram determinadas em amostras queimadas entre 800 e 1000 °C. A eficiência de filtração foi medida através de análises comparativas entre a água bruta e o filtrado. O tamanho médio dos poros entre 2,5 e 6,0 µm viabiliza o uso das membranas derivadas de cinza de bagaço de cana de açúcar em processos de microfiltração.