Materiais magnéticos mostram potencial para tratar derramamento de petróleo

Pesquisadores da Unifesp e da UFSCar combinam minerais magnéticos e resíduos de biomassa para formar partículas capazes de remover petróleo pesado e óleos leves da superfície da água com alta eficiência

Elton Alisson | Agência FAPESP – Pesquisadores das universidades federais de São Paulo (Unifesp) e de Sergipe (UFS), em colaboração com a de São Carlos (UFSCar), estão desenvolvendo materiais magnéticos que poderão auxiliar na remoção de petróleo cru da superfície da água em casos de derramamentos como o que atingiu as praias do litoral brasileiro este ano.

Em testes de laboratório, esses materiais híbridos – compostos por partículas ferromagnéticas em escala nanométrica (da bilionésima parte do metro) e resíduos de biomassa – mostraram ser capazes de remover petróleo bruto e outros tipos de óleo, como de motor de navios, com mais de 80% de eficácia.

Os resultados do projeto da Unifesp, desenvolvido com apoio da FAPESP, serão testados em experimentos de campo no Ceará. O objetivo é avaliar a eficiência do material na remoção do óleo presente nas praias do estado nordestino.

“Essas partículas nanomagnéticas permitem não só a limpeza das praias como também a recuperação do petróleo pelas empresas no caso de vazamentos. Outra vantagem é que são ambientalmente amigáveis, pois são feitas de compostos naturalmente encontrados na natureza”, disse à Agência FAPESP Geórgia Labuto, professora da Unifesp, campus de Diadema.

As partículas desenvolvidas pelo grupo da Unifesp reúnem em sua composição magnetita (um mineral magnético) e resíduo de biomassa de levedura proveniente de processos de fermentação na indústria de etanol. A associação dá origem a bionanocompósitos – materiais híbridos com escala nanométrica e obtidos de fontes renováveis – e, segundo os pesquisadores, permite reduzir o custo de produção do material e aumentar a quantidade de óleo que pode ser removida.

Isso porque ao depositar as partículas de magnetita sobre a superfície da biomassa foi possível manter a propriedade magnética e, ao mesmo tempo, aumentar a área superficial de contato entre o material magnético e o óleo.

“Além de contribuir para a economia, os resíduos agroindustriais permitem produzir uma massa maior de material magnético com menor quantidade de reagentes. Ao aplicar um campo magnético em um meio aquoso em que essas partículas estão dispersas é possível removê-las junto com um fluido aderido a elas, como o petróleo”, explicou a pesquisadora.

Capacidade de remoção

Em um estudo publicado no Journal of Environmental Management, os pesquisadores avaliaram a capacidade dos bionanocompósitos de remover da água manchas de óleo de motor novo, usado e de petróleo com grau API 28 º – classificado como óleo leve e de alto valor comercial segundo escala criada por American Petroleum Institute e National Bureau of Standards (quanto maior a densidade do óleo, menor o grau API).

Os resultados indicaram que o material foi capaz de remover, após o contato de dois minutos, entre 55% e 89% da quantidade de petróleo e de óleo de motor novo e 69% do óleo de motor usado presente nas amostras.

Os pesquisadores também constataram que a remoção desses compostos da água pelo material é um fenômeno predominantemente físico, em que a força de atração exercida por um campo magnético, como o produzido por um ímã, é tão intensa que arrasta as partículas e, consequentemente, o óleo aderido à sua superfície.

No caso de derramamentos, a ideia dos pesquisadores é usar as partículas para remover o petróleo bruto após o óleo ter sido retirado da superfície da água por skimmers – uma espécie de esteira acoplada ao navio que carrega o óleo derramado no mar misturado com água e detritos para o interior da embarcação.

“Nosso objetivo é usar o material para coletar o óleo já recolhido e separá-lo da água”, afirmou Labuto.

O grupo de pesquisadores da Unifesp também tem usado cortiça em pó para desenvolver os bionanocompósitos.

Em outro estudo, também publicado no Journal of Environmental Management, foi avaliada a eficácia dos dois tipos de partículas – um com biomassa de levedura e outro com cortiça em pó – na remoção de petróleo com diferentes graus API, incluindo óleos pesados (API 10) e leves (API 45) da superfície de água doce e marinha, com e sem agitação da superfície aquosa.

Os nanomateriais magnéticos expostos ao óleo na água foram retirados por um ímã de neodímio.

Os resultados das análises indicaram que os nanocompósitos magnéticos de biomassa de levedura apresentaram taxas de recuperação de óleo mais altas. Além disso, a remoção do óleo por esse material magnético aumenta à medida que o API diminui. Dessa forma, é possível prever a quantidade possível de ser recuperada de acordo com a densidade.

“Quanto maior o grau API, mais leve e maior o valor comercial do petróleo”, explicou Labuto.

Variando a massa de bionanocompósito, foi possível remover 100% de todos os tipos de petróleo estudados, independentemente do grau API.

“Os compósitos magnéticos podem ser usados em vários ciclos de remoção de óleo, antes da recuperação, e ainda após a recuperação, uma vez que mantêm suas propriedades magnéticas”, ressaltou Labuto.

Outros materiais

Outro grupo de pesquisadores da UFS, em colaboração com colegas da UFSCar, no âmbito de um projeto de pós-doutorado apoiado pela FAPESP, tem desenvolvido matrizes híbridas nas formas de pó e membrana, compostas de ferrita de cobalto também em escala nanométrica.

Os pós foram sintetizados usando resíduos de mesocarpo de coco, bagaço de cana, serragem e aguapé. Já as membranas foram preparadas usando polímero polietersulfona.

Em um estudo também publicado no Journal of Environmental Management, os pesquisadores avaliaram em laboratório a eficácia da remoção de petróleo bruto pesado da superfície da água por atração magnética desses materiais.

Os materias foram desenvolvidos pela pesquisadora Graziele da Costa Cunha, pós-doutoranda na UFS sob orientação da professora Luciane Pimenta Cruz Romão.

Os resultados das análises indicaram que o material na forma de pó à base de bagaço de cana apresentou maior eficiência na remoção do óleo, com capacidade de adsorção de 85%, e que isso pode ser atribuído à natureza fibrosa da matéria-prima usada.

Já as membranas foram capazes de remover uma quantidade de óleo equivalente a 35 vezes a sua massa.

Quando os dois materiais foram usados simultaneamente, foi possível remover uma quantidade de óleo equivalente a 35 vezes a sua massa e aumentar a capacidade de adsorção do pó à base de bagaço de cana em 23%.

Essa alta capacidade de adsorção está relacionada a uma barreira de retenção formada pelo material em pó, que impediu a propagação da mancha de óleo e permitiu sua remoção homogênea, destacaram os autores.

“Também observamos que a distribuição das nanopartículas de ferrita de cobalto nos resíduos de biomassa aumentou a velocidade de remoção do óleo”, disse Caio Marcio Paranhos da Silva, professor da UFSCar e coordenador do projeto.

“Os materiais foram capazes de remover o óleo da superfície da água das amostras em apenas dois segundos”, afirmou.

Por meio de um estágio de pesquisa na Universidade de Aveiro, em Portugal, também com apoio da FAPESP, o pós-doutorando José Arnaldo Santana Costa, supervisionado por Paranhos, pretende agora incorporar nanopartículas de ferrita de cobalto em uma partícula obtida a partir de casca de arroz que desenvolveu durante seu doutorado.

O objetivo é produzir uma nova membrana capaz de remover não só óleo cru da superfície da água como também hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs). Dessa forma, seria possível não só remover o petróleo pesado de derramamentos, mas também diminuir sua toxicidade.

“Essas substâncias, que estão presentes no óleo pesado, são muito tóxicas, têm potencial carcinogênico e representam um grande risco para as pessoas que têm se voluntariado a remover o petróleo das praias do Nordeste sem proteção adequada”, disse Silva.

O artigo Oil spill cleanup employing magnetite nanoparticles and yeast-based magnetic bionanocomposite (DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.09.094), de Karina B. Debs, Débora S. Cardona, Heron D.T. da Silva, Nashaat N. Nassar, Elma N.V.M. Carrilho, Paula S. Haddad e Geórgia Labuto, pode ser lido em www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479718311046.

O artigo A comparison study of cleanup techniques for oil spill treatment using magnetic nanomaterials (DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.04.106), de D.S.Cardona, K.B.Debs, S.G.Lemos, G.Vitale, N.N.Nassar, E.N.V.M.Carrilho, D.Semensatto e G.Labuto, pode ser lido em www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479719305730.

E o artigo Removal of heavy crude oil from water surfaces using a magnetic inorganic-organic hybrid powder and membrane system (DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.06.050), de Graziele da Costa Cunha, Nalbert C. Pinho, Iris Amanda Alves Silva, José Arnaldo Santana Costa, Caio M.P. da Silva e Luciane P.C. Romão, pode ser lido em www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479719308527.