BRPI1005885A2 - processo de preparação, aplicação e recuperação de material absorvente para compostos ou misturas apolares - Google Patents

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Abstract

PROCESSO DE PREPARAçãO, APLICAçãO E RECUPERAçãO DE MATERIAL ABSORVENTE PARA COMPOSTOS OU MISTURAS APOLARES. A presente invenção descreve o processo de preparação, aplicação e recuperação de um material absorvente para compostos ou misturas de compostos apoiares, tais como solventes orgânicos, petróleo e derivados, óleos lubrificantes, óleos comestíveis, mas não limitantes. O material absorvente é composto por uma matriz inorgânica de elevada porosidade, baixa densidade e elevada resistência mecânica. Esta matriz é hidrofobizada adquirindo a capacidade de absorção de compostos ou misturas de compostos apoIares.

Description

PROCESSO DE PREPARAÇÃO, APLICAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE MATERIAL ABSORVENTE PARA COMPOSTOS OU MISTURAS APOLARES
A presente invenção descreve o processo de preparação, aplicação e recuperação de um material absorvente para compostos ou misturas de compostos apolares, tais como solventes orgânicos, petróleo e derivados, óleos lubrificantes, óleos comestíveis, mas não limitantes. O material absorvente é composto por uma matriz inorgânica de elevada porosidade, baixa densidade e elevada resistência mecânica. Esta matriz é hidrofobizada adquirindo a capacidade de absorção de compostos ou misturas de compostos apolares.
A utilização de compostos apolares nas indústrias químicas gera um grande desperdício de solventes orgânicos e também a uma alta freqüência de acidentes ambientais ocasionados pelo derramamento destes compostos em aqüíferos naturais, tais como oceanos, mares, rios, mangues, lagos e lagoas, assim como a contaminação dos solos nas margens dos rios ou praias, prejudicando toda a fauna e flora, aquáticas e terrestres. Tais acidentes ambientes prejudicam também diversos setores econômicos e industriais, tais como pesca, agropecuária, sistemas de tratamentos de água, dentre outros.
Desta forma, para minimizar os custos de revitalização das áreas degradadas por derramamento de petróleo ou para a revitalização de rios, lagos, lagoas contaminados com compostos semelhantes, diversas medidas para evitar danos ambientais têm sido implementadas, como a construção de oleodutos mais resistentes, implementação de sistema de tratamento de rejeitos industriais, dentre outros.
Descritos no estado da técnica existem alguns materiais que podem ser de compostos apolares, como por exemplo, a patente BR9103357 (Processo para obtenção de borracha granulada ou em pó com larga faixa de absorção de petróleo, seus derivados e outros solventes, 1991) que descreve a aplicação da borracha vulcanizada na forma de pó ou em grânulos para a absorção de petróleos e seus derivados.
Outro exemplo de absorção de compostos apolares é descrito no pedido de patente BR0702220 (Processo de produção de manta reciclável para absorção de petróleo, 2007) que descreve a utilização do tecido TNT1 composto por viscose e poliéster prensados, em seguida o material deve ser mergulhado em um banho contendo bactericida, fungicida e óleo para a estocagem do produto. Na descrição da tecnologia verifica-se a inconveniente utilização de compostos biocidas que podem causar a contaminação do ambiente aquático com agentes bactericidas e fungicidas durante o processo de remoção, por exemplo, do petróleo derramado, podendo agravar ainda mais os dados ambientais.
Utilizando uma matriz inorgânica para absorção de compostos apolares tem-se o documento, pedido de patente BR0701585 (Processo de obtenção de cerâmicas porosas de baixa densidade com porosidades fechada e aberta controladas, 2008) que descreve a preparação de uma mistura composta por argila, amido de milho de mandioca, cera EPS e bentonita como agente aglomerante. Esta mistura é homogeneizada e aquecida até a queima do amido, formando poros abertos para a absorção de petróleo e poros fechados para que o material possa flutuar em meio aquoso. Entretanto, a resistência mecânica do compósito formado prejudica a sua reutilização. Para aumentar a resistência mecânica pode-se utilizar mais bentonita, entretanto a quantidade de poros fechados, ou seja, inacessíveis ao composto absorvido é drasticamente aumentada, reduzindo assim a capacidade de absorção do material.
Existem outras tecnologias que podem ser utilizadas para a absorção ou eliminação de compostos apolares de áreas naturais que foram degradadas por acidentes de derramamento ou vazamento de petróleo, solventes, óleos, ou substâncias semelhantes. Citam-se, por exemplo, a utilização de penas de aves para absorção (BR0005023, "Método e dispositivos de contenção, absorção de petróleo, seus derivados, óleos de origem animal ou vegetal e demais hidrocarbonetos insolúveis na água, em superfícies aquáticas ou solos naturais, e de filtragem", 2002), ou a utilização de enzimas digestivas para a decomposição de petróleo (US4689297, "Dust free particulate enzime formulation", 1985).
As tecnologias descritas nos documentos acima citados apresentam variáveis que podem inviabilizar a implementação, principalmente diante de elevadas quantidades de petróleo para serem absorvidas, como ocorrem em naufrágios de plataformas de extração de petróleo, naufrágios de navios cargueiros, rompimentos de oleodutos causados, por exemplo, por terremotos, atentados terroristas e explosões.
Descrição detalhada da invenção
Assim, a presente invenção foi desenvolvida para suprir demandas emergenciais de processos para absorção de compostos apolares ou misturas de compostos apolares que formam misturas heterogêneas ou que são parcialmente miscíveis em meios aquosos ou que possam formar emulsões. Dentre os diversos compostos ou misturas pode-se destacar os solventes orgânicos (tolueno, benzeno), petróleo e derivados (gasolina, óleos lubrificantes), óleos lubrificantes degradados, óleos comestíveis, e contaminantes de rejeitos industriais, mas não limitante. A elevada estabilidade química do material absorvente permite que este seja utilizado em rios, lagos, lagoas e mangues sem a liberação de compostos tóxicos para o ambiente que já está prejudicado pela contaminação de compostos apolares. Outro fator importante refere-se à elevada estabilidade do material saturado que ao fixar o componente apoiar impede que este volte para o meio aquático, podendo ser retirado e transportado para uma instalação industrial apropriada para o recolhimento do composto apoiar e, com conseqüente, regeneração do material absorvente. Portanto, o potencial de reutilização do material absorvente ainda reduz os custos do processo de descontaminação.
Em outro aspecto, a invenção descreve a fixação de um composto absorvente que apresenta elevada afinidade com substâncias apolares, em uma matriz de suporte inorgânica de baixa densidade e elevada porosidade. A matriz de suporte consiste no concreto celular autoclavado que pode ser substituído pela pedra pomes (material vulcânico), ou ainda em substâncias inorgânicas que não alterem o composto de absorção e suas propriedades, portanto, não limitante. Já o composto de absorção consiste em um dos componentes do seguinte grupo: silicone, óleo de linhaça, glicerina, óleo de mamona, poliestireno, óleo de soja, óleo de amêndoa, óleo de abacate, óleo de coco e óleo de bacalhau.
A preparação do material absorvente de compostos apolares ou misturas destes, consiste em mergulhar a matriz de concreto celular autoclavado em uma solução de silicone, em éter, com uma concentração entre 1 e 20% (v/v). O passo seguinte consiste em realizar o tratamento térmico do material impregnado, para a fixação do silicone nos interstícios da matriz de concreto celular autoclavado ou material absorvente equivalente. O tratamento térmico deve ser feito em uma faixa de temperatura entre 30 e 250°C, por um período entre 15 e 240 minutos. Durante o tratamento térmico o silicone interage com a matriz inorgânica do concreto celular autoclavado onde é fixado irreversivelmente. Nesta etapa, o éter que é evaporado do material absorvente pode ser coletado com o auxílio de um condensador, possibilitando a sua reutilização em outro processo de impregnação do silicone.
O concreto celular autoclavado é composto por uma mistura de silicatos, aluminatos, carbonatos de cálcio e/ou magnésio, e alguns óxidos de ferro, titânio, mas em menor proporção. O concreto celular autoclavado apresenta propriedades que o tornam adequado para ser utilizado como suporte de absorção de compostos apolares. A sua densidade varia entre 600 e 700 kg/m3, permitindo assim que o material permaneça na superfície de efluentes aquáticos. A área superficial do concreto celular autoclavado varia entre 18000m2/kg e 25000m2/kg, mas esta pode ser ampliada para até 66000m2/kg durante o processo de tratamento térmico.
O concreto celular autoclavado pode ser substituído por pedra pomes ou púmice com alto teor de sílica. Este material de origem vulcânica apresenta propriedades semelhantes ao concreto celular autoclavado, ou seja, baixa densidade (~600kg/m3), elevada porosidade e baixa solubilidade de seus constituintes em água.
O material absorvente pode ser aplicado em processos de descontaminação de efluentes que apresentam contaminantes homogêneos, mas com características apolares, como, por exemplo, o fenol. Também pode ser aplicado em ambientes com contaminantes imiscíveis em água e que se encontram na superfície de sistemas aquáticos, como por exemplo, petróleo, óleos lubrificantes, óleos para preparação de alimentos, solventes orgânicos industriais, compreendendo tolueno, benzeno, hexano, cicloexano, e derivados destes solventes entre outros.
A elevada interação do material absorvente por compostos apolares permite que este possa ser utilizado, citando outros exemplos, para a descontaminação de poços artesianos ou cisternas contaminados com a lixiviação de componentes parcialmente miscíveis (parcialmente apolares), pelas precipitações pluviométricas ou pelos processos de irrigação agrícolas.
Dependendo do componente a ser absorvido o material pode ser regenerado por diversas vezes, como será exposto nos exemplos de aplicação descritos nesta invenção.
O processo de regeneração pode acontecer de duas formas distintas que dependem da natureza dos compostos absorvidos. Na primeira, para componentes voláteis como solventes orgânicos e gasolina, o material absorvente pode ser submetido a um tratamento térmico entre 30 e 250°C, sendo que o material absorvido pode ser coletado através de condensadores. Neste caso, o material absorvente regenerado não apresenta perda na capacidade de absorção, pois nesta faixa de temperatura o silicone não apresenta evolução do processo de decomposição térmica, continuando fixado à matriz de concreto celular autoclavado;
Na segunda, para compostos ou misturas viscosas e com baixo teor de compostos voláteis, tais como óleos lubrificantes e petróleo e derivados, o material saturado pode ser regenerado pela lixiviação do componente absorvido em um banho contendo éter ou outro solvente volátil, tal como acetona, para a extração do componente absorvido. Após a secagem do material absorvente à temperatura ambiente ou em um sistema de aquecimento até 300°C o material absorvente encontra-se pronto para sua reutilização. A regeneração, por banho de solventes reduz o potencial de absorção do material. A magnitude desta redução pode ser avaliada baseado no material absorvido e será demonstrada na apresentação dos exemplos.
O material absorvente pode, também ser aplicado na descontaminação de ambientes com elevadas quantidades de substâncias apolares, como por exemplo, em derramamento de petróleo em oceanos, mares, lagos, lagoas, baías, rios, vazamento de oleodutos em rios, mangues, lagoas, lagos, e até mesmo derramamento de petróleo no solo. Este último caso de aplicação envolve um processo com menor rendimento cinético, ou seja o tempo para saturação do material é maior, pois a migração do contaminante depende diretamente da área de exposição e da fluidez do contaminante com o material absorvente.
A tecnologia pode ser melhor compreendida a partir da análise dos exemplos a seguir, não limitantes:
Exemplo 1: Preparação do material absorvente
Para a realização dos testes de absorção desta invenção utilizou-se 100g de concreto celular autoclavado, fragmentado em cubos de aproximadamente 10g cada. Para a impregnação do silicone utilizou-se 200mL de solução, em éter, de silicone a 5% (v/v). Os pedaços de concreto celular autoclavado foram mergulhados na solução, por aproximadamente 5 minutos e depois colocados para secagem em uma mufla a 150°C, por 1 hora.
Qualitativamente a hidrofobização do material foi testada aspergindo água sobre o material, que após a impregnação do silicone não interagiu mais com a água e, portanto, com absorção zero.
Exemplo 2: Aplicação do material absorvente para absorção de petróleo
No teste de absorção de petróleo utilizou-se 200mL de solução de cloreto de sódio 3.5% (m/v), denominada solução salina onde foi adicionado aproximadamente 20 ml_ de petróleo, sendo esta quantidade suficiente para envolver o material absorvente. O material absorvente foi adicionado e mantido em contato com o petróleo por 3 horas, onde se verificou um aumento de 61%, em massa. Estes mesmos testes foram realizados com pedaços menores do material, aproximadamente 3 gramas cada e neste caso o aumento de massa foi de 73%.
Exemplo 3: Aplicação do material absorvente para absorção de gasolina Nos testes de absorção para a gasolina utilizaram-se 200mL de água e aproximadamente 50 mL de gasolina comum. Neste teste o material foi regenerado 4 vezes. A Tabela 1 mostra o percentual de absorção de cada ciclo de utilização. Para cada absorção o material foi exposto por 30 minutos em contato com a gasolina.
Tabela 1 - Ciclo de absorção/regeneração para o processo de absorção da gasolina utilizando o material absorvente.
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A regeneração do material utilizou o primeiro processo de regeneração, ou seja, a, descrito nesta invenção. O material saturado com a gasolina foi levemente aquecido (~60°C) para que a gasolina se volatilizasse, e após este período o material estava pronto para o próximo ciclo de absorção.
Após a primeira absorção (Tabela 1) verifica-se um significativo aumento de absorção do material, passando de 46% para 65 %, sendo que este comportamento pode ser justificado como sendo um aumento da afinidade do material absorvente pela gasolina, visto que a regeneração com leve aquecimento não é capaz de retirar toda a gasolina absorvida. Assim, após a primeira absorção, a interatividade do material com a gasolina é maximizada devido aos vestígios de gasolina que permaneceram no material.
Exemplo 4: Aplicação do material absorvente para absorção de tolueno
No teste de absorção de tolueno utilizou-se 200 mL de água e 50 ml_ de tolueno e os pedaços de material absorvente continham 5 g cada. A absorção do tolueno foi testada em dois tempos diferentes de exposição do material ao solvente. Para o tempo de 30 minutos observou-se um aumento de massa de 60%(m/m) enquanto que para o tempo de 60 minutos o aumento foi de 63%(m/m). Exemplo 5: Aplicação do material absorvente para absorção de fenol
Para a absorção do fenol utilizou-se uma solução aquosa a 7% (v/v) de fenol e tempo de exposição de cada absorção de 30 minutos. A Tabela 2 apresenta os dados obtidos (aumento de massa do material) para 5 testes de absorção.
Tabela 2 - Ciclo de absorção/regeneração para o processo de absorção de fenol utilizando o material absorvente.
<table>table see original document page 9</column></row><table>
Para um experimento de absorção de fenol semelhante ao realizado acima, mas utilizando uma solução saturada de cloreto de sódio e 7%(v/v) de fenol verificou-se um aumento da absorção que foi de 63%.
Exemplo 6: Aplicação do material absorvente para absorção de petróleo, em solo
Para testar o potencial de descontaminação do material em solos, aproximadamente 100g de areia foi misturada com 25mL de petróleo e 25 mL de água, sendo que esta mistura apresentou um aspecto viscoso (lama). Em seguida um pedaço (4g) de material absorvente foi colocado em contato com a mistura de areia, petróleo e água. Após 1 hora de absorção observou um aumento de 55%(m/m) do material e, após 2 horas, o aumento foi de 60%. Para a descontaminação de solos, praia e mangues o processo de absorção não é tão acelerado quanto em meio líquido, pois a baixa fluidez do meio viscoso prejudica o processo de absorção. Entretanto, a presente invenção demonstra uma possível solução para descontaminação de ambientes sólidos.

Claims (10)

1. Processo de preparação de material absorvente para compostos ou misturas apolares, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a. impregnação de solução de um composto de absorção em uma matriz absorvente, em éter, com concentração entre 1 e 20% (v/v); b. tratamento térmico em uma faixa de temperatura entre 30 e -50°C, por um período entre 15 e 240 minutos.
2. Processo de preparação de material absorvente para compostos ou misturas apolares, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela matriz absorvente da etapa "a" ser selecionado do grupo compreendendo concreto celular autoclavado ou material vulcânico.
3. Processo de preparação de material absorvente para compostos ou misturas apolares, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo material vulcânico ser preferencialmente pedra pomes ou púmice com alto teor de sílica.
4. Processo de preparação de material absorvente para compostos ou misturas apolares, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo composto de absorção da etapa "a" ser selecionado do grupo compreendendo silicone, óleo de linhaça, glicerina, óleo de mamona, poliestireno, óleo de soja, óleo de amêndoa, óleo de abacate, óleo de coco e óleo de bacalhau.
5. Processo para recuperação do material absorvente, caracterizado por compreender as seguintes etapas: - tratamento térmico entre 30 e 250°C; e - coleta do material absorvido através de condensadores; ou - lixiviação do componente absorvido em um banho contendo solvente volátil selecionado do grupo compreendendo éter, acetona, hexano; e - secagem do material absorvente à temperatura ambiente ou em um sistema de aquecimento até 300°C.
6. Material absorvente para compostos ou misturas apolares, caracterizado por compreender uma matriz absorvente selecionada do grupo compreendendo concreto celular autoclavado ou material vulcânico impregnada com material de absorção selecionado do grupo compreendendo silicone líquido, óleo de linhaça, glicerina, óleo de mamona, poliestireno, óleo de soja, óleo de amêndoa, óleo de abacate, óleo de coco e óleo de bacalhau.
7. Material absorvente para compostos ou misturas apolares, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo material vulcânico ser preferencialmente pedra pomes ou púmice com alto teor de sílica.
8. Uso do material absorvente, caracterizado por compreender a absorção de compostos orgânicos, selecionados do grupo compreendendo fenol, tolueno, benzeno, hexano, cicloexano e derivados destes solventes, ou para absorção de misturas apolares, selecionadas do grupo consistindo de petróleo, óleos lubrificantes, óleos degradados, óleos comestíveis.
9. Uso do material absorvente, caracterizado por compreender a absorção em ambientes com elevadas quantidades de substâncias apolares.
10. Uso do material absorvente, caracterizado por ser utilizado na descontaminação de poços artesianos ou cisternas contaminados com a lixiviação de componentes parcialmente miscíveis (parcialmente apolares).
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