Obtenção de nanomateriais e hidrogéis nanocompósitos a base de poliacrilamida: aplicações em controle de conformidade de reservatórios de petróleo e remediação de corante e microplásti cos
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Maria Inês Bruno Tavares
Fernanda Garcia Cordeiro Tessarolli
Fabiano Vargas Pereira
Thiago Teixeira Tasso
Fernanda Garcia Cordeiro Tessarolli
Fabiano Vargas Pereira
Thiago Teixeira Tasso
Resumo
Este trabalho tem como objetivo geral a aplicação de nanomateriais em associação com matrizes poliméricas para contribuir com a diminuição do impacto ambiental em três linhas de atuação diferentes: i) fotodegradação de microplásticos (MPs); ii) hidrogéis para adsorção de corantes; iii) hidrogéis para recuperação avançada de petróleo (EOR). Nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram obtidas em escala aumentada, visando a fotodegradação de microplásticos de polipropileno (PP) e de poliestireno (PS). A fotodegradação promoveu a formação de grupos carbonilas, mas também a reticulação dos MPs observados pelas análises térmicas. Portanto, estes resultados indicaram que reações simultâneas ocorrem na fotodegradação dos microplásticos. Os hidrogéis nanocompósitos à base de poliacrilamida (PAM) foram reforçados com TiO2, nanotubos de carbono oxidado (NTC-ox) e óxido de grafeno (GO) visando as diferentes aplicações. A funcionalização por meio da aminação do GO com dietilenotetramina (DETA) assistida por micro-ondas foi realizada, seguida pela síntese dos hidrogéis nanocompósitos (GO-DETA/ PAM) para aplicação na adsorção de corantes. As folhas de GO-DETA obtidas desempenharam um papel importante como agente reticulante durante a polimerização da PAM para formar o nanocompósito GO-DETA /PAM que levou a uma capacidade de adsorção máxima de 205,4 mg g-1. Ainda na linha de hidrogéis foram produzidas partículas pré-formadas de géis (PPG) nanocompósitos com TiO2, GO e NTC-ox sintetizados (0,1% m/m no monômero) via radiação micro-ondas e os hidrogéis foram avaliados quanto a sua aplicação em EOR. Os resultados da viscosidade aparente mostraram-se menores que 30 mPa.s a taxas de cisalhamento semelhantes aos de injeção do poço (< 300 s-1) para quase todos os sistemas contendo 0,5%, 1,0% e 2,0% em massa de PPG em água salina, o que demonstra a viabilidade de sua aplicação em conformidade de reservatório de petróleo de alta salinidade, porém estudos adicionais são necessários. Podemos concluir que neste trabalho foi explorado o potencial da nanotecnologia em três campos associados a problemas ambientais com o desenvolvimento de pesquisa em todas as etapas necessárias, a saber: i) síntese otimizada do nanomaterial; ii) produção de material com incorporação do nanomaterial; iii) caracterização ampla dos componentes dos sistemas; iv) testes físico-químicos das propriedades de interesse, como adsorção, viscosidade e fotodegradação.
Abstract
This work aims to apply nanomaterials in conjunction with polymeric matrices to contribute to reducing environmental impact in three different research lines: i) photodegradation of microplastics; ii) hydrogels for dye adsorption; iii) hydrogels for enhanced oil recovery (EOR). Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were scaled up for the photodegradation of polypropylene (PP) and polystyrene (PS) microplastics. Photodegradation led to the formation of carbonyl groups and cross-linking, as observed through thermal analysis. Thus, these results indicate that simultaneous reactions occur during microplastic photodegradation. Nanocomposite hydrogels based on polyacrylamide (PAM) were reinforced with TiO2, oxidized carbon nanotubes (CNT-ox), and graphene oxide (GO) for various applications. Functionalization through microwave-assisted GO amination with diethylenetriamine (DETA) was performed, followed by the synthesis of nanocomposite hydrogels (GO-DETA/PAM) for dye adsorption. GO-DETA sheets played a crucial role as a cross-linking agent during PAM polymerization, resulting in a maximum adsorption capacity of 205.4 mg g-1. In the hydrogel line, pre-formed gel particles (PPG) were produced as nanocomposites with TiO2, GO, and CNT-ox synthesized (0.1% w/w in the monomer) via microwave radiation. These hydrogels were evaluated for their application in EOR. Apparent viscosity results showed values below 30 mPa·s at shear rates similar to injection well conditions (< 300 s-1) for most systems containing 0.5%, 1.0%, and 2.0% PPG by mass in saline water, indicating their potential application in high-salinity reservoirs. However, further studies are required. In conclusion, this work explored the potential of nanotechnology in three fields related to environmental issues, encompassing research in all necessary stages: i) optimized nanomaterial synthesis; ii) material production incorporating nanomaterials; iii) comprehensive characterization of system components; iv) physicochemical testing of properties of interest, such as adsorption, viscosity, photodegradation, among others.
Assunto
Físico-química, Nanocompósitos (Materiais), Hidrogéis, Fotodegradação, Adsorção, Dióxido de titânio, Nanotubos de carbono, Óxido de grafeno, Poliacrilamida, Polipropileno, Poliestireno
Palavras-chave
Partículas pré-formadas de géis, Adsorção, Fotodegradação, Plásticos, Micro-ondas