masterThesis
Biocompósitos de poliuretano a base de óleo de mamona (Ricinus Communis) contendo resíduos agroindustriais para adsorção de compostos orgânicos
Registro en:
AMORIM, Fernanda Vieira. Biocompósitos de poliuretano a base de óleo de mamona (Ricinus Communis) contendo resíduos agroindustriais para adsorção de compostos orgânicos. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2019.
Autor
AMORIM, Fernanda Vieira
Institución
Resumen
A poluição por derramamento de contaminantes em mares, rios, lagos pela indústria química e transporte leva a um grave problema ambiental. Para tentar solucionar esse problema, avanço dos materiais hidrofóbicos e oleofílicos a partir de materiais sustentáveis e recursos renováveis é de grande atenção comercial e acadêmica para adsorção e separação de óleo/água. O objetivo desse trabalho foi desenvolver e caracterizar biocompósitos de poliuretano a base de óleo de mamona reforçados com resíduos de bagaço de malte e/ou acerola para adsorção/separação de diversos óleos/solventes orgânicos. Os resíduos foram pré-tratados, secos em estufa a 60°C e peneiradas em peneiras de Tyler 60 e 16. Foram utilizados nos experimentos de adsorção óleo de motor, diesel S10 e S500, querosene, acetato de etila, clorofórmio e diclorometano. Os biocompósitos foram obtidos pela mistura em massa, do poliol com o pré-polímero (1:1) e reforçados nas proporções de 5, 10, 15 e 20% m/m com os resíduos, durante 30 segundos. Os materiais desenvolvidos foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de infravermelho (IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), ângulo de contato (AC) e densidade específica (DE). A capacidade de adsorção da espuma e biocompósitos foram avaliados em função do teor de resíduo de 5 a 20%, em 60 minutos em um sistema estático. A cinética de adsorção dos biocompósitos foram avaliados de 5 a 180 minutos em um sistema estático e heterogêneo. Para representar os dados experimentais foram avaliados os modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Para avaliar a capacidade de reutilização e recuperabilidade de contaminantes foram aplicados métodos de reciclo nos biocompósitos. O método para recuperação contínua de contaminantes em soluções aquosas consistiu em experimentos de remoção por sucção adaptado ao dispositivo de coleta de óleo por bombeamento à vácuo. A durabilidade da espuma e biocompósitos foram avaliadas através de simulações em ambientes ácidos, salinos, alcalinos e com irradiação UV. A superfície dos biocompósitos evidenciaram que são hidrofóbicas com ângulos de contato de água e óleo em torno de ≈114-144°. Os resultados de adsorção foram ≈33 vezes o seu próprio peso e demonstraram que a adição dos resíduos aumentou a capacidade de adsorção e com o decorrer do tempo de contato comprovado pelas modelagens cinéticas. Foi verificada a eficiência na separação de óleo/água em sistema de sucção a vácuo em até 80 segundos. Os experimentos em ambientes complexos mostraram boa estabilidade. Diante dos resultados foi verificado que a melhor composição para adsorver óleos/solventes orgânicos em água foi o biocompósito com 20% de resíduo de acerola e poderá ser utilizado na indústria química e de petróleo em acidentes marítimos. Este biocompósito é o primeiro protótipo a ser utilizado com resíduos de bagaço de malte e acerola tornando-se referência para trabalhos futuros. CNPq Pollution from spill contaminants into seas, rivers, lakes by the chemical industry and transportation leads to a serious environmental problem. To try to solve this problem, advancement of hydrophobic and oleophilic materials from sustainable materials and renewable resources is of great commercial and academic attention for oil/water adsorption and separation. The objective of this work was to develop and characterize castor oil-based polyurethane biocomposites reinforced with malt and/or acerola residues for adsorption/eparation of various organic oils / solvents. The residues were pretreated, oven dried at 60°C and sieved in Tyler 60 and 16 screens. Engine oil, S10 and S500 diesel, kerosene, ethyl acetate, chloroform and dichloromethane were used in the adsorption experiments. The biocomposites were obtained by mass mixing the polyol with the prepolymer (1:1) and reinforced in the proportions of 5, 10, 15 and 20% w/w with the residues for 30 seconds. The developed materials were characterized by infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), contact angle (AC) and specific density (DE) techniques. The adsorption capacity of the foam and biocomposites were evaluated according to the residue content of 5 to 20% in 60 minutes in a static system. The adsorption kinetics of biocomposites were evaluated from 5 to 180 minutes in a static and heterogeneous system. To represent the experimental data, the pseudo-first order and pseudo-second order models were evaluated. To evaluate the reusability and recoverability of contaminants, recycling methods were applied to biocomposites. The method for continuous recovery of contaminants in aqueous solutions consisted of suction removal experiments adapted to the vacuum pumping oil collection device. The durability of the foam and biocomposites were evaluated by simulations in acid, saline, alkaline and UV irradiation environments. The surface of the biocomposites showed that they are hydrophobic with water and oil contact angles around ≈114-144°. The adsorption results were ≈33 times its own weight and showed that the addition of the residues increased the adsorption capacity and over the contact time proven by the kinetic modeling. The efficiency of oil / water separation in vacuum suction system was verified within 80 seconds. Experiments in complex environments showed good stability. Given the results it was found that the best composition for adsorbing organic oils/solvents in water was biocomposite with 20% acerola residue and could be used in the chemical and petroleum industry in marine accidents. This biocomposite is the first prototype to be used with malt and acerola bagasse residues, becoming a reference for future work.