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Title in Portuguese: Síntese e caracterização de aerogéis anfifílicos à base de acrilamida e óleo de girassol destinados à remoção de petróleo
Title: Synthesis and characterization of amphiphilic aerogels based on acrylamide and sunflower oil destined for oil removal
Author: Freitas, Williane da Silva
Advisor(s): Feitosa, Judith Pessoa de Andrade
Keywords: Ciência dos materiais
Remoção de petróleo
Acrilamida
Óleo de girassol
Aerogéis
Issue Date: 21-Aug-2017
Citation: FREITAS, W. S. Síntese e caracterização de aerogéis anfifílicos à base de acrilamida e óleo de girassol destinados à remoção de petróleo. 2017. 162 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Devido à crescente exploração do petróleo, volumes elevados dessa matéria-prima têm sido transportados frequentemente pelo mar. Em consequência, são relatados inúmeros acidentes envolvendo derramamentos, que agridem significativamente a fauna e flora desse meio, além da atmosfera. Tradicionalmente são utilizados equipamentos e materiais para contenção e remoção mecânica de petróleo, tais como: vertedouros e skimmers, de baixa seletividade e eficiência de remoção (de 10 a 15%) e sorventes como mantas e barreiras. A fim de contribuir com uma alternativa ambientalmente menos agressiva, que alie eficiência de remoção e menor custo de produção, é proposta a síntese de aerogéis poliméricos de caráter anfifílico, quimicamente reticulados, derivados da acrilamida (monômero hidrofílico) e óleo de girassol refinado (OG). Aerogéis são materiais que podem derivar de géis, cuja fase contínua é substituída por ar, durante um processo de secagem específico. Dentre aspropriedades mais características, destacam-se a baixa densidade e elevada área superficial. Os polímeros anfifílicos são estruturalmente constituídos por segmentos hidrofílicos e hidrofóbicos, que lhes conferem capacidade de interação com meios polares e apolares. Para obtenção dos aerogéis foi adotada a técnica de copolimerização micelar, na qual monômeros de caráter hidrofílico são polimerizados em fase aquosa (contínua), sendo responsáveis pela incorporação das espécies hidrofóbicas contidas no interior das micelas formadas pela ação de um surfactante, resultando na formação de um copolímero. A síntese e otimização dos aerogéis foram baseadas em variações dos teores de: OG, surfactante, reticulante e dos iniciadores. As análises físico-químicas do OG mostraram seu elevado teor de derivados de ácido graxo insaturados, indicando seu potencial como fonte de espécies lipofílicas reativas. Suas características físicas e químicas estão em conformidade com as normas estabelecidas pelos órgãos de regulamentação. As análises por FTIR e CHNS revelam a presença do OG na matriz polimérica dos aerogéis. Os ensaios de sorção em hexano ao longo de 2 h permitiram identificar um melhor desempenho para o aerogel AMOG2-2R:8I- 30, sintetizado a partir de 2% v/v de OG, 0,4 mol % de reticulante, 8 vezes a quantidade de partida “I” dos iniciadores e 30 vezes a CMC do SDS. Mediante estudos por UV-Vis foi determinado um teor em torno de 7 % m/m de espécies hidrofóbicas em relação à acrilamida. As imagens obtidas por MEV revelaram uma estrutura macroporosa que influenciou na baixa densidade (0,032 g.cm -3 ) obtida para o aerogel. Nos ensaios de sorção em hexano, octano, tolueno, gasolina, querosene e diesel, observou-se desempenhos notáveis com alguns valores superiores aos reportados na literatura para materiais sorventes avançados. A capacidade de sorção (CS) segundo o ensaio de longa duração estabelecido pela ASTM-F726- 12, utilizando óleo de bomba usado e petróleo, foi respectivamente de 58 e 115 % superior à da manta comercial de PP. Em água do mar simulada e água destilada, a CS foi inferior à observada em petróleo, no tempo de saturação de 15 min. O aerogel otimizado evidenciou considerável potencial para a aplicação proposta e desempenho superior ao de um dos materiais sorventes 100 % sintético mais utilizados.
Abstract: Due to the increasing exploration of oil, high volumes of this raw material have often been transported by sea. Consequently, several accidents involving its spill have been reported, wich affects significantly the fauna and flora, besides the atmosphere. Traditionaly, equipment and materials for containment and mechanical removal of spilled oil are used, such as: spillways and skimmers, of low selectivity and removal efficiency (from 10 to 15 %), and sorbents such as blankets and barriers. In order to contribute to an environmentally less aggressive alternative that combine removal efficiency and lower cost of production, is proposed the synthesis of chemically crosslinked amphiphilic polymer aerogels derived from acrylamide (hydrophilic monomer) and refined sunflower oil (SO). Aerogels are materials wich can be derived from gels, whose continuous phase is replaced by air during a specific drying process. Among the most characteristic properties, the low density and high surface area stand out. The amphiphilic polymers are structurally constituted by hydrophilic and hydrophobic segments, which confers them the ability to interact with polar and nonpolar means. In order to obtain aerogels, the micellar copolymerization technique was adopted, in which hydrophilic monomers are polymerized in the aqueous phase (continuous) which are responsible for the incorporation of the hydrophobic species contained in the micelles formed by the action of a surfactant, resulting in formation of a copolymer. The aerogels synthesis and optimization were based on variations of: SO, surfactant, crosslinker and initiators. The physicochemical analyzes of SO have shown a high content of unsaturated fatty acid derivatives, indicating their potential as a source of reactive lipophilic species. Its physical and chemical characteristics are in compliance with the standards established by regulatory bodies. The FTIR and CHNS analysis reveal the presence of SO in the aerogels polymer matrix. The sorption tests using hexane over 2 h allowed to identify better performance for the aerogel AMOG34-2R:8I-30, synthesized from 34,4 % m/m of SO, 0,4 mol % of crosslinker, 8 times the starting amount “I” of the initiators and 30 times the CMC of SDS. From UV-Vis study was determined the content around 7 % m/m of hydrophobic species related to acrylamide. The images obtained by SEM revealed a macroporous structure that influenced the low density (0,032 g.cm -3 ) obtained for the aerogel. In the sorption tests using hexane, octane, toluene, gasoline, kerosene and diesel, were observed remarkable performances with some higher values than those reported in the literature to advanced sorbent materials. The sorption capacity (SC) according to the long-term test established by ASTM-F726-12 using pump oil and petroleum, were about 58 and 115 % higher than that of commercial PP blanket. In simulated sea water and distilled water the SC was lower than that observed in petroleum, to the saturation time of 15 min. The optimized aerogel showed a notable potential for the proposed application and superior performance to one of the most used 100 % synthetic sorbent materials.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/25480
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