Utilização de biossorventes na remoção/recuperação de óleos em derramamentos e redução/remoção de cromo de efluentes da indústria de petróleo e gás

Abstract

O presente trabalho reporta o efeito da viscosidade do óleo na capacidade de sorção da cortiça utilizando 5 tipos de óleos. Neste trabalho também é avaliada a cortiça como biossorvente no tratamento de águas contaminadas com cromo. A primeira etapa deste trabalho consiste na utilização de grânulos de cortiça para limpeza de derrames de petróleo bruto ou derivados de petróleo. Nesse processo, os grânulos surgem como uma opção promissora devido às suas propriedades únicas, que permitem uma elevada capacidade de sorção de óleo, baixa captação de água e excelente reutilização. O efeito da viscosidade do óleo na capacidade de sorção da cortiça foi avaliado utilizando 5 tipos de óleos (óleo lubrificante: 5,7 gÓleo gCortiça-1; Petróleo Marlim: 4,2 gÓleo gCortiça-1; Petróleo Leve: 3,0 gÓleo gCortiça-1; biodiesel: 2,6 gÓleo gCortiça-1 e diesel: 2,0 gÓleo gCortiça-1). A capacidade de sorção de cortiça para o petróleo leve também foi avaliada em função da temperatura e do tamanho das partículas sorventes. Adicionalmente, melhorias na recuperação de óleo de sorventes de cortiça por um processo de compressão mecânica foram alcançadas como resultado de um planejamento de Experimentos (DOE) usando a Metodologia de Superfície de Resposta. Esse tratamento de dados forneceu resultados notáveis em termos de reutilização do sorvente de cortiça, já que a capacidade de sorção do óleo foi preservada após 30 ciclos de etapas de compressão por sorção. Os óleos sorvidos podem ser removidos da superfície sorvente, recolhidos simplesmente compressão dos grânulos de cortiça e reutilizando-os. A melhor região operacional rendeu cerca de 80% de recuperação de óleo, usando uma massa de cortiça de 8,85 g (tamanho de partícula de 2,0 - 4,0 mm) carregada com 43,5 mL de óleo, a 5,4 bar, utilizando duas compressões com duração de 2 min cada. A segunda etapa deste trabalho consiste na utilização de doadores de elétrons baseados nos grânulos de cortiça, capazes de remover Cr (VI). Este biossorvente promove a redução de espécies de cromo hexavalente ao seu estado trivalente, através da oxidação em sua superfície. Além disso, a ligação química adicional de Cr (III) aos grupos funcionais carregados negativamente presentes na superfície da cortiça também foi avaliada. A eficiência de remoção de cromo total e hexavalente foi avaliada em função de diversos parâmetros, como pH inicial da solução (1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 e 4,0), biomassa (S/L = 0,5, 1,0, 2,0, 4,0 e 6,0 g L-1) e concentração de Cr (VI) (1,0, 2,5, 5,0, 7,5, 10,0, 15,0, 20,0, 30,0 e 40,0 mg L-1). A capacidade de redução de Cr (VI) pelos grânulos de cortiça foi de aproximadamente 4,2 mmol g-1, e a capacidade de adsorção de Cr (III) pela biomassa oxidada foi de 2,8 mmol g-1. A energia de ativação obtida para a remoção de Cr (VI) foi de 39,68 kJ mol-1. Um modelo cinético baseado na reação redox entre espécies de Cr (VI) e compostos orgânicos da superfície do biossorvente foi capaz de se ajustar aos valores cinéticos experimentais. A cinética de redução de Cr (VI) em regime contínuo também foi avaliada em diferentes vazões (5 e 10 mL min-1), com uma solução de alimentação de 10 mg L-1 de Cr (VI), utilizando uma coluna de leito fixo.

Abstract: The present work reports the effect of oil viscosity on sorption capacity of cork using 5 types of oils. In this work, cork is also evaluated as a biosorbent in the treatment of water contaminated with chromium. The first step is to use cork granules to clean up spills of crude oil or petroleum products. In this process, the granules appear as a promising option due to their unique properties, which allow a high sorption capacity of oil, low water uptake and excellent reuse. The effect of oil viscosity on the sorption capacity of cork was evaluated using five types of oils (lubricating oil: 5.7 gOil gCork-1; Marlin Oil: 4.2 gOil gCork-1; Light Oil: 3.0 gOil gCork-1; biodiesel: 2.6 gOil gCork-1 e diesel: 2.0 gOil gCork-1). The sorption capacity of cork for light petroleum was also evaluated as a function of the temperature and the size of the sorbent particles. Additionally, improvements in the recovery of oil from cork by a mechanical compression process were achieved as result of an Design of experiments (DOE) using the Response Surface Methodology. This statistical technique provided remarkable results in terms of reuse of the cork, since the sorption capacity of the oil was preserved after 30 cycles of sorption/compression stages. The sorbed oils can be removed from the sorbent surface, collected by compression of the cork granules and reusing them. The best operating region yielded about 80% oil recovery, using a cork mass of 8.85 g (particle size 2.0 - 4.0 mm) loaded with 43.5 ml of lubricating oil, at 5.4 bar, using two compressions lasting 2 min each. The second step consists in the use of electron donors based on the cork granules, capable of removing Cr (VI). This biosorbent promotes the reduction of hexavalent chromium species to their trivalent state, through the oxidation of their surface. In addition, the additional chemical bonding of Cr (III) to the negatively charged functional groups present on the cork surface was also evaluated. The removal efficiency of total and hexavalent chromium was evaluated as a function of several parameters, such as initial solution pH (1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 and 4.0), biomass (S / L = 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 and 6.0 g L-1) and Cr (VI) concentration (1.0, 2.5, 5.0, 7.5, 10.0, 15.0, 20.0, 30.0 and 40.0 mg L-1). The Cr (VI) reduction capacity of the cork granules was approximately 4.2 mmol g-1, and the Cr (III) adsorption capacity of the oxidized biomass was 2.8 mmol g-1. The activation energy obtained for the removal of Cr (VI) was 39.68 kJ mol-1. A kinetic model based on the redox reaction between Cr (VI) species and organic compounds on the surface of the biosorbent was able to fit well the kinetic data. The kinetics of continuous Cr (VI) reduction was also evaluated in different flow rates (5 and 10 mL min-1), with a feed solution of Cr (VI) 10 mg L-1, using a bed column fixed.