ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: SÍNTESE, MODIFICAÇÃO QUÍMICA E CARACTERIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS ESTRUTURADAS COM POTENCIAL EMPREGO NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO, UM ESTUDO PRELIMINAR
AUTORES: SOUZA JR., F. G. (IMA/UFRJ) ; CLARINDO, J. E. S. (DQUI/UFES) ; OLIVEIRA, G. E. (DQUI/UFES)
RESUMO: Visando nova aplicação de nanopartículas na indústria do petróleo como agentes
inibidores e peptizantes de frações formadoras de depósitos orgânicos, nanopartículas
de óxido de ferro, foram sintetizadas. Posteriormente, sua superfície foi modificada
quimicamente, por reações ácido-base, usando um ácido orgânico (DBSA), de forma a
aumentar sua lipofilicidade. Isso faz com que estas nanopartículas interajam com as
moléculas de asfaltenos criando um impedimento estérico a sua agregação e posterior
deposição. A nanopartículas obtidas, antes e após a modificação química foram
caracterizadas por espectroscopia FTIR e DRX. Os resultados mostram que as superfícies
das nanopartículas tiveram a superfície recoberta por moléculas do ácido e que sua
cristalinidade não mudou significativamente.
PALAVRAS CHAVES: nanopartículas estruturadas, modificação química, reações ácido-base.
INTRODUÇÃO: O desenvolvimento de materiais em nanoescala tem mostrado grandes diferenças de
propriedades, que são muito melhoradas, em comparação com os mesmos materiais
desenvolvidos em escala macroscópica. Estas diferenças estão associadas às interações
que ocorrem em níveis atômicos e moleculares nos materiais em nanoescala, enquanto
que em materiais convencionais as interações ocorrem em escala macroscópica (DURAN
et. al., 2006). Nanopartículas equiaxiais apresentam inúmeras aplicações seja no
campo da química (JU-NAM e LEAD, 2008), da engenharia (RAY e OKAMOTO, 2003), da
física (SUNDARESAN e RAO, 2009), da medicina (SUSH et al., 2009) e de muitas outras
áreas. Na indústria do petróleo as nanopartículas equiaxiais são empregadas
principalmente como catalisadores (LI et al., 2009) em processos catalíticos de
refino, como o craqueamento catalítico fluidizado, a reforma catalítica e o
hidrocraqueamento catalítico. Visando uma nova aplicação das nanopartículas na
indústria do petróleo, como agentes inibidores e agentes peptizantes de frações
formadoras de depósitos orgânicos (tais como asfaltenos e parafinas), nanopartículas
estruturada foram inicialmente sintetizadas. Posteriormente as nanopartículas obtidas
tiveram suas superfícies modificadas quimicamente, por reações ácido-base, de forma a
aumentar sua lipofilicidade. Isso torna estas nanopartículas mais semelhantes às
frações formadoras de depósito e permite que elas interajam com as moléculas de
parafinas modificando o hábito cristalino das parafinas impedindo a formação da rede
cristalina que forma os depósitos. No caso da fração de asfaltenos as nanopartículas
modificadas interagirão com as moléculas dos asfaltenos criando um impedimento
estérico a sua agregação.
MATERIAL E MÉTODOS: A síntese das nanopartículas de óxido de ferro foi conduzida utilizando um método
convencional no qual 30 mL de solução de FeCl3 2M juntamente com 20 mL de solução de
NaSO3 1M e NH4OH concentrado, dissolvidos em 900 mL de água. O precipitado é lavado e
tratado termicamente em forno mufla a 200ºC para a obtenção das nanopartículas. A
modificação química das nanopartículas obtidas foi conduzida através de reações
ácido-base, utilizando ácido dodecilbenzeno sulfônico (DBSA). Cerca de 1g de
nanopartículas foram dispersa em solução aquosa 20% (v/v) de DBSA na temperatura
ambiente. Este sistema foi deixado sob agitação constante por um período de 1h, sendo
posteriormente separado por filtração a vácuo. As nanopartículas sem modificação
química e modificadas quimicamente foram submetidas a um ensaio de FTIR-ATR
(espectrometria de infravermelho com transformada de Fourrier com reflectância
atenuada)num equipamento Pike, FTLA 2000, com resolução de 4cm-1 e um acúmulo de 30
corridas. As mesmas amostras foram submetidas à análises de DRX (difração de raios X)
usando um difratômetro Rigaku, Miniflex com uma ddp no tubo de 30 kV e corrente de 15
mA. A varredura foi realizada na faixa de 2 a 70°, com velocidade do goniômetro de
0,05°/min. A radiação utilizada foi a de KαCu = 1,5418 Å.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As Figuras 1 e 2 apresentam os espectro de FTIR das nanopartículas sintetizadas e
modificadas quimicamente, respectivamente. Pode-se observar na Figura 1 apenas as
bandas características de materiais ferrosos, como a banda larga ao redor 3300 cm-1,
característica de ligações O-H, presentes em materiais ferrosos oxidados e o dublete
forte que aparece ao redor de 600cm-1 característico das ligações Fe-O.
A Figura 2, além das bandas características dos materiais ferrosos apresenta também
bandas características do ácido dodecilbenzeno sulfônico, como a deformação axial da
ligação C-H que aparece como dublete na região de 2900 cm-1. As bandas
características que aparecem em 1162 e 1130 cm-1 estão relacionadas as deformações
axiais assimétrica e simétrica do grupo SO2. O grupamento sulfóxido é caracterizado
pela banda característica ao redor de 1039 cm-1. As bandas características da
deformação angular no plano do anel aparecem na região ao redor de 1000 cm-1. As
bandas na região de 900 a 580 cm-1 são características das vibrações angular fora do
plano do anel dos hidrogênios aromáticos (SILVERSTEIN e WEBSTER, 2000).
Os resultados de difração de raios-X mostraram uma cristalinidade do óxido de ferro
da ordem de 80%. Além disso, o tamanho dos cristalitos determinado pelo difratograma
ficou na ordem de 9 ± 1nm. Ressalta-se que as nanopartículas estruturadas e
modificadas quimicamente também terão seu difratograma avaliado, para verificar se a
modificação química altera a cristalinidade ou o tamanho médio dos cristalitos, ou
seja, verificar se a modificação química causa a agregação das nanopartículas.
CONCLUSÕES: Pode-se concluir desse trabalho que a inserção de ácido orgânico na superfície das
nanopartículas de óxido de ferro, previamente sintetizadas, é possível. Este tipo de
reação torna estas nanopartículas inorgânicas mais lipofílicas, possibilitando sua
aplicação em materiais orgânicos como o petróleo. Ressalta-se que as condições
reacionais encontram-se em avaliação, procurando-se otimizar estas condições. Ressalta-
se também, que após a otimização da modificação química das nanopartículas estas serão
avaliadas como potenciais inibidores de deposição orgânica do petróleo.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem aos recursos dispensados pelo DQUI/UFES e pelo LabPetro, e também
a UFES pelo recurso da bolsa de IC.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1) Duran, N.; Mattoso, L. H. C. Morais, P.C., “Nanotecnologia – Introdução, preparação e caracterização de nanomateriais e exemplos de aplicação”, 1ª Edição, Editora Artliber (2006).
2) Ju-Nam, Y.; Lead, J. R. (2008), “Manufactured Nanoparticles: An Overview of the Chemistry, Interactions and Potencial Environmental Implications”, Science of the Total Environment, 400, 396-414.
3) Ray, S. S; Okamoto, M. (2003), “Polymer/layered Silicate nanocomposites: a Review from Preparation to Processing”, Progress in Polymer Science, 28, 1539-1641.
4)Sundaresan, A.; Rao, C. N. R. (2009), “Ferromagnetism as a Universal Feature of Inorganic Particles”, Nanotoday, 4, 96-106.
5) Sush, W. H., Suslick, K., Stucky, G. D., Suh, Y. H. (2009), “Nanotechnology, nanotoxicology and neuroscience”, Progress in Neurobiology, 87, 133-170.
6) Li, W., Zhu, J., Qi, J. (2007), “Application of Nano-Nickel Catalyst in the Viscosity Reduction of Liaohe Extra-Heavy Oil by Aqua-Thermolysis”, Journal of Fuel Chemistry and Thecnology, 35, 2, 176-180.
7) Silverstein, R. M.; Webster, F. X. (2000), ”Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos”, 6ª edição, LTC, Rio de Janeiro.
