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.

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 Um compósito mulita/fase vítrea foi preparado por sinterização reativa de uma mistura argila caulinítica/resíduo de caulim rico em mica com 25% em massa de resíduo. A composição de fase, microestrutura, propriedades dielétricas e elétricas do compósito sinterizado a 1400 °C foram avaliadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância (entre 25 e 600 °C em ar). A caracterização microestrutural mostrou a obtenção de amostras densas compostas de mulita acicular (ortorrômbica, 47,6% em massa), fase vítrea (50,1% em massa) e quartzo residual (2,3% em massa). Os resultados de condutividade elétrica (1,9.10-8 S/cm a 300 °C), constante dielétrica (6,7 a 1 MHz, 25 °C) e perda dielétrica (0,024 a 1 MHz, 25 °C) evidenciaram que o compósito mulita/fase vítrea é um material de baixo custo promissor para uso comercial em aplicações relacionadas à eletrônica.

Abstract A mullite/glass composite has been prepared by reactive sintering of a kaolinite clay/mica-rich kaolin waste mixture with 25 wt% waste. Phase composition, microstructure, dielectric and electrical properties of the composite fired at 1400 °C were evaluated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy (between 25 and 600 °C in air). The microstructural characterization showed the attainment of dense samples composed of acicular (orthorhombic) mullite (47.6 wt%), glassy phase (50.1 wt%), and residual quartz (2.3 wt%). Electrical conductivity (1.9x10-8 S/cm at 300 °C), dielectric constant (6.7 at 1 MHz, 25 °C) and dielectric loss (0.024 at 1 MHz, 25 °C) results gave evidence that the mullite/glass composite is a promising low-cost material for commercial use in electronics-related applications.