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21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS DE COMPUESTOS
TERMOPLÁSTICOS EN LA CAPACIDAD ADSORBENTE DE ÓLEO
D. R Reátegui1, 2 ; D. E. H. Hernandez1, 2 ; R. M. C. Santana2
1
leinad_reat@hotmail.com
1
Universidad Nacional de Trujillo-UNT, Trujillo, Perú.
2
Universidade Federal do Rio Grande do Sul –PPGE3M
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo fue medir la capacidad adsorbente de un material
hecho de residuos de polipropileno (PP) y fibra vegetal (FV), en una relación másica
de 80/20 respectivamente, con posible aplicación en recuperación de óleo en
derrames petroleros. La FV fue molido y llevado a separación granulométrica a
tamaños de partícula de 150 y 500 micras y mezclado por extrusión a la matriz de
PP. Luego, el extrusado (espagueti) fue cortado en pellets con longitudes de 3, 5 y 7
mm; y envueltos en mallas de PP. Los ensayos de adsorción fueron realizados en
una relación pellets/óleo de 3/4 respectivamente y basándose en la norma ASTM
F726. Los resultados mostraron la mayor capacidad adsorbente en los pellets de 3
mm con FV de 150 micras, con valores entre 60 y 100 % por lo que puede ser
considerado un material adsorbente y cuya ventaja es ser un producto reciclado.
Palabras clave: adsorbente, fibra vegetal, PP, compuestos termoplásticos.
INTRODUCCIÓN
El petróleo es una de las fuentes de energía más importantes del mundo. Sin
embargo, debido a su explotación, transporte, almacenamiento y utilización, siempre
existirá el riesgo de un derrame con el potencial de causar un daño ambiental
significativo. (1)
La amenaza de la contaminación por petróleo aumenta con la expansión de las
actividades de explotación y producción, así como el crecimiento industrial en todo el
mundo (2). Por otro lado el estudio sobre el tratamiento de aguas residuales oleosas
(originado por la acumulación de aceites en las instalaciones de tratamiento de
aguas residuales) se ha convertido en uno de las principales preocupaciones sobre
protección del medio ambiente (3).
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Una vez que el aceite entra en contacto con el agua, forma una emulsión que
necesita ser tratada antes de eliminarlas, por las propiedades tóxicas y peligrosas de
sus componentes (4). Incluso concentraciones muy bajas de petróleo resultan ser
muy tóxicos para microorganismos responsables de la biodegradación en aguas
residuales y, por lo tanto, la eliminación de la fase oleosa resulta ser una prioridad.
Aunque las partículas de aceite se pueden eliminar de manera eficiente por
tecnologías avanzadas, los tratamientos son generalmente caros y de difícil
mantenimiento. La adsorción y filtración por coalescencia resultaron ser tratamientos
prometedores por su sencillez, eficacia y viabilidad cuando se utiliza adsorbentes
apropiados (5).
En los años recientes, el uso de adsorbentes orgánicos naturales para la
eliminación de aceite de las aguas residuales y en derrames de petróleo debido a
sus excelentes propiedades de eliminación de aceite, el respeto al medio ambiente,
la fácil disponibilidad y viabilidad, los han convertido en una alternativa atractiva para
el tratamiento de estas aguas contaminadas con petróleo y/o aceites (6-7).
En cuanto a adsorbentes sintéticos el polipropileno es el material ideal para la
recuperación de derrames de petróleo en el mar debido a su baja densidad, poca
adsorción de agua y una excelente resistencia física y química (8). La gravedad
específica de fibras de polipropileno es aproximadamente 0,91, con densidad más
ligera comparada con otras fibras (9). Esto significa que polipropileno flotará en agua
dulce o en el mar.
Así, a fin de contribuir con el desarrollo de materiales más sustentables y
compatibles con el ambiente, el propósito del presente trabajo es analizar y
comprobar la capacidad adsorbente de una material completamente reciclado hecho
con polipropileno provenientes de tapas de botella y misturado con fibra vegetal de
la especie Mezilaurus itauba como residuo de industrias madereras.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Fueron usado dos tipos de materiales: PP (polipropileno) y residuos de fibra
vegetal (FV) de la especie Mezilaururs itauba conocida comúnmente como itaúba.
Los residuos de FV fueron separados granulométricamente en tamaños de 150 y
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500 µm. Los residuos de PP provinieron de tapas de botellas de gaseosas y fueron
triturados para poder ser extrusados.
Figura 1. Pellets adsorbentes usadas en el ensayo de adsorción de oleo.
Los compuestos de PP/FV (80/20) fueron procesados en una extrusora
monorosca de marca CIOLA, modelo MEP- 18, con perfil de temperatura de 140 a
190 °C y velocidad de la rosca 50 rpm. Luego el extrusado de los compuestos de
PP/FV y de PP con diámetro medio de 2 mm fue cortado en tamaños de 3, 5, 7 mm
de largo (Ver figura1).
Tabla 1. Distribución de los pellets usados en la experimentación.
PP/FV – 80/20
Muestra
Granulometría (µm) Tamaño (mm)
PP (0-3)
3
PP (0-5)
0
5
PP (0-7)
7
PP/FV (150-3)
3
PP/FV (150-5)
150
5
PP/FV (150-7)
7
PP/FV (500-3)
3
PP/FV (500-5)
500
5
PP/FV (500-7)
7
Ensayo de adsorción de óleo
Las muestras, que se presentan en la tabla 1, fueron ensayadas basadas en la
norma ASTM F726-12 y clasificadas como adsorbentes del tipo III por el uso de una
malla (Ver figura 2). El material adsorbente (MA) seleccionado por tamaño de
gránulo fue envuelto en las mallas de PP y luego agregadas sobre la superficie del
líquido oleoso (LO) en proporción peso MA/LO (3/4). El tiempo de permanencia de
este MA fue de 10 min con 2 minutos de tiempo de escurrimiento.
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Figura 2. Pellets y malla como adsorbente tipo III (derecha). Adsorbente en el test de
adsorción (izquierda).
Análisis de TGA de los pellets ensayados
Con el objetivo de monitorear la variación de masa del MA fue realizado un
análisis termogravimétrico – TGA basada en la norma ASTM E1131, en un equipo
TGA Q50 fabricante TA Instruments del Laboratorio de Polímeros da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul (LAPOL/ UFRGS).
RESULTADOS Y DISCUSION
Eficiencia de adsorción de óleo
La Figura 3 presenta los datos obtenidos del ensayo de absorción. Los
resultados se muestran en porcentaje de óleo retenido en el adsorbente empleado.
Se observó que los pellets de 3 mm de 150 μm de granulometría de FV fueron los
que mayor capacidad adsorbente presentó. Nótese que el dato registrado superó el
100 % por lo que es seguro que la FV absorbió agua. También hubo una
disminución de la capacidad de absorción cuanto mayor era el tamaño de los pellets.
Figura 3. Resultados de adsorcion de oleo.
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Por otro lado, los pellets de 500 μm de FV mostraron una tendencia constante
de adsorción independiente del tamaño de pellet empleado. En promedio
presentaron una adsorción de 90 %.
Para el caso de los absorbentes de PP virgen, estos alcanzaron una absorción
promedio de 70 %. Se observó que el PP es un buen material aglomerante, sin
embargo al momento del escurrimiento perdió gran cantidad del óleo que aglomeró,
por lo que la capacidad de retención de óleo fue originado por la FV. La estructura
de la malla tambien complementó el proceso de abdorcion, pues el absorbente de
granumoletria cero mostró glóbulos de aceite que quedaron atrapadas en la
estructura de la malla, asi tanto la el uso de la FV y la malla crearon una sinergia
para poder ser mas eficiente en la adsorción de óleo.
Para visualizar mejor el mecanismo de adsorcion en los pellets fueron tomadas
micrografias para analizar la morfologia de la superficie de los adsorbentes.Las
Figura 4 muestra la superficie antes y despues de la absorcion para las muestras
que presentaron una mayor adsorcion de óleo. La muestra PP/FV (150-3) presentó
una superficie más porosa proporcionada por el menor tamaño de granulometria, lo
mismo que permitió que adsorbiera una mayor cantidad de oleo. En tanto la muestra
PP/FV (500-3) presento una superficie mas regular en comparcion con la muestra
anterior, pero con ayuda de la malla consiguio absorber una cantidad considerable
de óleo.
antes
después
antes
(a)
después
(b)
Figura 4. Muestra de pellets de PP/FV antes y despues del test de adsorción
(a)150μm -3 mm. (b) 500 μm -3 mm.
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Analisis Termogravimetrico
Las Figuras 5 y 6 muestran las curvas termogravimpetricas del óleo e de los
pellets después del ensayo de adsorcion, donde es posible visualizar uma etapa de
decomposição para o óleo e o PP e de dois estágios para os compósitos. La Tabla 2
muestra los porcentajes de perdida de masa y los picos maximos de temperatura de
las derivadas. La primera perdida de masa corresponde al oleo adsorbido junto con
la FV mientras que la segunda pertenece a las destruccion del polimero.
Figura 5. Análisis termogravimétrico de los pellets de FV de 150 μm.
Figura 6. Análisis termogravimétrico de los pellets de FV de 500 μm.
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Tabla 2. Resultados del ensayo de TGA de los compuestos PP/FV (80/20)
Muestra
PP/FV (150-3)
PP/FV (150-5)
PP/FV (150-7)
PP/FV (500-3)
PP/FV(500-5)
PP/FV(500-7)
SAE 90
PP virgen
Ti (3%) °C
112.46
108.43
118.56
109.38
146.46
138
19.56
23.87
TGA ( pérdida de masa)
% M1
%M2
Residuo %
38.51
52.71
6.698
26.23
71.95
0.4957
21.56
75.09
1.304
28.31
65.52
4.589
25.77
68.86
3.985
19.27
78.25
1.234
99.65
0.2858
99.62
0.3902
Tp1
104.5
106.45
106.82
99.77
103.89
108.52
-
∆TG
Tp2
360.15
390.4
352.64
346.55
361.98
362.17
379.68
-
Tp3
476.01
471.21
473.8
476.31
477.52
474.85
476.3
Tanto en la Figura 5 y 6 se pudo apreciar la influencia del tamaño de los pellets.
Considerando la proporcion PP/FV – 80/20 constante, los pellets de mayor tamaño
presentaron menos perdida de masa (ver tabla 2) debido a que tenian menor
superficie especifica que limito su capacidad para retener óleo. Por lo tanto el menor
tamaño de lo pellets favoreció una mayor adosrcion de óleo.
Notese las diferencias de perdidas de masa entre los pellets de 150 y 500 μm.
Como mostraron los datos, los pellets de 150 μm registraron porcentajes mayores
debido a la mayor área de contacto y consicuiendo atrapar mas óleo.
CONCLUSIÓN
El uso del adsorbente hecho con PP reciclado y FV de itaúba proveniente de
residuos madereros mostraron eficiencias entre 60 y 100 % de retención de oleo. De
las muestras ensayadas, los pellets de PP/FV (150-3) fueron los que mostraron la
mayor capacidad adsorbente, los cuales fueron confirmados en el test de TGA. Las
pruebas demostraron que este material podría ser usado en la recuperación de
óleos cuya principal ventaja es ser un producto reciclado.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo financiero de la bolsa PIBIC-CNPQ. Así como al
Laboratorio de Materiais Poliméricos-LAPOL y al Laboratorio de Biociências de la
UFRGS.
REFERENCIAS
1. DALING, P.S.; STROM, T. Weathering of oils at sea: model/field data
comparisons. Spill Science & Technology Bulletin, v. 5, p. 63–74, 1999.
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2. DOERFFER, J.W. Oil Spill Response in the Marine Environment. Pergamon
Press, 1992.
3. SUEYOSHIA, M.; AL-MAAMARIB, R.S.; JIBRIL, B.; MASAHARU, T.; OKAMURA,
K.; KUWAGAKI, H.; HIDENORI, Y.; KUNIMASA, S.; YU HAN. Preparation and
characterization of adsorbents for treatment of water associated with oil
production. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, v. 97, p. 80–87, 2012.
4. RAFEAH, W.; LUQMAN, A. C.; SHEAN, Y. C.; ZAINAB, N.; MOHSEN, M. N. Oil
removal from aqueous state by natural fibrous sorbent. An overview. Separation
and Purification Technology, v. 113, p. 51–63, 2013.
5. RAJAKOVIC, V.; ALEKSIC, G.; RADETIC, M.; RAJAKOVIC, LJ. Efficiency of oil
removal from real wastewater with different sorbent materials. Journal of
Hazardous Materials, v. 143, p. 494–499, 2007.
6. WANG, D.; SILBAUGH, T.; PFEFFER, R.; LIN, Y.S. Removal of emulsified oil
from water by inverse fluidization of hydrophobic aerogels. Powder Technol, v.
203, p. 298–309, 2010.
7. RADETIC, M.; JOCIC, D.; JOVANCIC, P.; PETROVIC, Z. L.; THOMAS, H.
Recycled wool based non-woven material as an oil sorbent. Environmental
Science Technology, v. 37, p. 1008–1012, 2003.
8. SCHRADER, E.L. A practical composition of organic, synthetic and inorganic
sorbents. Clean Gulf 93 and the American Chemical Society Conference,
Emerging Technology in Hazardous Waste Management, p.17– 22, 1993.
9. SCHMENK, B.; MIEZ-MEYER, R.; STEFFENS, M.; WULFHORST, B.;
GLEIXNER,G. Polypropylene fibre table. Chemical Fibers International, v.50, p.
233–253, 2000.
INFLUENCE OF PARTICLE SIZE OF THERMOPLASTIC COMPOUNDS IN THE
CAPACITY OF OIL ADSORBENT
ABSTRACT
The aim of this study was to measure the capacity of an adsorbent material made of
waste polypropylene (PP) and fiber vegetable (FV) in a mass ratio of 80/20
respectively, with potential application in oil recovery in oil spills. The FV was ground
and separated in particle size of 150 and 500 microns and mixed by extruding to PP
matrix. Then, the extrudate was cut into pellets having lengths of 3, 5 and 7 mm; and
wrapped in PP meshes. The test of adsorption were conducted in a ratio pellet / oil of
3/4 respectively and based on the ASTM F726. The results showed that the highest
capacity adsorbent were achieved by pellets of 3 mm and FV 150 microns, with
values between 60 and 100% so it may be considered an adsorbent material whose
mean advantage is to be a recycled product.
Keywords: adsorbent, vegetable fiber, PP, thermoplastic compounds.
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