TESE DE DOUTORADO BIOSSORÇÃO UTILIZANDO ALGA MARINHA

115 Pages·2008·1.49 MB·Portuguese

Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Química
Programa de Pós Graduação em Engenharia Química
TESE DE DOUTORADO
BIOSSORÇÃO UTILIZANDO ALGA MARINHA
(SARGASSUM sp.) APLICADA EM MEIO ORGÂNICO.
Albina da Silva Moreira
Orientadora: Prof.a Dra. Márcia Maria Lima Duarte
Co-Orientadora: Prof.a Dra. Gorete Ribeiro de Macedo
Natal/RN
Dezembro/2007
Albina da Silva Moreira
BIOSSORÇÃO UTILIZANDO ALGA MARINHA
(SARGASSUM sp.) APLICADA EM MEIO ORGÂNICO.
Tese de Doutorado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Química, da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte–UFRN,
em cumprimento às exigências para
obtenção do grau de Doutora em
Engenharia Química.
Natal/RN
Dezembro/2007.
DivisãodeServiçosTécnicos
CatalogaçãodaPublicaçãonaFonte.
UFRN/BibliotecaCentralZilaMamede.
Moreira,AlbinadaSilva.
Biossorção utilizando alga marinha (sargassum sp.) aplicada
emmeioorgânico/AlbinadaSilvaMoreira. –Natal[RN],2007.
103f.
Orientadora:MárciaMariaLimaDuarte.
Co-orientadora:GoreteRibeirodeMacedo.
Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do
Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Engenharia
Química.ProgramadePós-GraduaçãonaEngenhariaQuímica.
1.Óleo lubrificante – Tese. 2. Óleo automotivo – Tese. 3.
Biossorção – Tese. 4. Sargassum sp. – Tese. I. Duarte, Márcia
Maria Lima. II. Macedo, Gorete Ribeiro de. III. Universidade
FederaldoRioGrandedoNorte.IV.Título.
RN/UF/BCZM CDU665.637.6(043.2)
MOREIRA, Albina da Silva – Biossorção utilizando alga marinha (Sargassum sp.) aplicada
em meio orgânico. Tese de Doutorado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Química, Área de Concentração: Engenharia de Processos em Plantas de Petróleo e Gás
Natural,Natal/RN,Brasil.
Orientadora:Profa.Dra.MárciaMariaLimaDuarte.
Co-Orientadora:Profa.Dra.GoreteRibeirodeMacedo.
Resumo: No presente trabalho escolheu-se o óleo lubrificante automotivo usado de uma frota
de ônibus da cidade de Natal-RN-Brasil. Este óleo foi caracterizado, indicando que os metais
contidos em maior concentração são Ferro (Fe) e Cobre (Cu). Para o processo de biossorção
utilizou-se a alga marinha feofícea Sargassum sp para se estudar a influência da presença de
metal isoladamente e com outros metais. Estudou-se ainda o efeito do tratamento de
protonação na alga visando a eficiência de remoção de metais pesados. O estudo da
solubilização mostrou-se interessante para a aplicação na remoção de metais pesados em
óleos lubrificantes usados, já que a presença de mais de um metal pesado favorece a
solubilidadedetodososmetaispresentes. Observou-se que,paraosmetaisFe eCu, queestão
presentes no óleo em maiores concentrações, a utilização do biossorvente protonado foi mais
eficiente. Para estudar a influência da velocidade de agitação, da temperatura, da quantidade
de biomassae da concentraçãoinicial debiomassa naremoçãode Fe eCupresentesemóleos
lubrificantes usados utilizou-se a alga marinha Sargassum sp. protonada. Foi realizado um
planejamento experimental e um estudo cinético. A partir dos resultados obtidos observou-se
que nas condições estudadas, à medida que a quantidade de biomassa aumenta, é menor a
capacidade de adsorçãodo Fe e do Cu. Do planejamento experimental pôde-se concluir queé
possível obter uma função que mostre o nível de influência de cada uma das variáveis do
sistema. Sendo que para o Fe a variável mais relevante foi a quantidade de biomassa e para o
Cufoiatemperatura.
Palavraschaves:Óleolubrificanteautomotivousado,biossorção,sargassumsp.
BANCAEXAMINADORAEDATADEDEFESA:07dedezembrode2007.
Presidente:
ProfªDra.MárciaMariaLimaDuarte(UFRN)
Membros:
Prof.Dr.EveraldoSilvinodosSantos(UFRN)
Prof.Dr.JacksonA.deOliveira(UFRN)
ProfªDra.GoreteRibeirodeMacedo(UFRN)
ProfªDra.MarileideMoraisAlves(UFPA)
ProfªDra.ValdineteLinsdaSilva(UFPE)
ii
ABSTRACT
In this work, biosorption process was used to remove heavy metals from used
automotive lubricatingoilsbya busfleet fromNatal-RN-Brazil. Thisoil wascharacterizedto
determine the physical-chemistry properties. It was also characterized the used oil with the
aimofdeterminingandquantifyingtheheavymetalconcentration.FeandCuwerethemetals
existent in large concentration and these metals were choused to be studied in solubilization
process. For the biosorption process was used the seaweed Sargassum sp for the study of
influencing of the metals presents separately and with other metals. It was also studied the
effect of the protonation treatment of alga with the objective to know the best efficiency of
heavy metals removal. The study of the solubilization showed that the presence of more than
a metal favors the solubilization of the metals presents in the oil and consequently, it favors
the biosorption process, what becomes interesting the perspective application in the heavy
metals removal in lubricating oils used, because the presence of more than a heavy metal
favors the solubility of all metals present. It was observed that the iron and copper metals,
which are present in large concentration, the protonated biosorbtent was more effective. In
this study we used as biomass the marine alga Sargassum sp to study the influence of
agitation velocity, temperature and initial biomass concentration on the removal of iron and
copper from used lubricant oils. We performed an experimental design and a kinetic study.
The experiments were carried out with samples of used lubricant oil and predetermined
amounts of algae, allowing sufficient time for the mixture to obtain equilibrium under
controlled conditions. The results showed that, under the conditions studied, the larger the
amount of biomass present, the lower the adsorption capacity of the iron and of the copper,
likely due to a decrease in interface contact area. The experimental design led us to conclude
that a function can be obtained that shows the degree of influence of each one of the system
variables.
Keywords:Usedautomotivelubricatingoil,biosorption,sargassumsp.

iii
DEDICATÓRIA
Dedicoestetrabalhoaosmeuspais
JoaquimdeAzevedoMoreira(inmemorian)
MariaAlbaP.daSilva
Ameuirmão
ArturCésardaSilvaLima
Aminhairmã
RosaCéliadaS.Moreira
Quesempreestiverampróximosdemimnosmomentosmaisimportantesdaminhavida.
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus por sua infinita bondade de proporcionar-me condições de realizar esta
caminhada,iluminandoocaminhoparaqueeupudessetrilharmaisestaetapadaminhavida.
As professoras Doutoras Márcia M. Lima Duarte e Gorete Ribeiro de Macedo pela
orientaçãonodesenvolvimentodessetrabalho
AosprofessoresdoPPGEQquetiveramsempreapaciênciaeboavontadeemtransmitir
suasdisciplinasdeformaclaraeprecisa.
Ao professor Doutor Afonso Avelino Dantas Neto pelo apoio concedido na realização
dessetrabalho.
Aos professores Doutores Jackson A. de Oliveira e Everaldo Silvino dos Santos pela
importantecolaboraçãonestetrabalho.
ÀsamigasecompanheirasMarileideMoraisAlveseElianeRolimFlorentino.
Às minhas amigas Rosimary, Cynara, Cleonice, Francivania, Jaqueline e Lívia que
estiveram sempre comigo nos momentos de alegria e principalmente nos momentos mais
difíceis.
AJennysBarrilhapelasuapaciênciaeajudanarealizaçãodestetrabalho.
À turma do Laboratório de Engenharia Bioquímica (LEB), Márcio, Sanderson, Alex,
Franklin,Laerte,Andréa,Danielle,FabianaeÂngelapelacolaboraçãoeincentivo.
AoalunoJúlioNandenhapelaajudanaparteexperimentaldestetrabalho.
Aos funcionários do PPGEQ, Antônio, Mazinha, Medeiros e Cecília, pela ajuda
constanteeprecisanarealizaçãodestetrabalho.
ÀANPpelaajudafinanceira.
À Empresa de ônibus Cabral pelas amostras de óleos cedidas para realização deste
trabalho.
A UFPE em especial a Professora Valdinete Lins da Silva e a José Edson da Silva pelo
apoioeajudanasanálises.
Atodosquecontribuíramdiretaeindiretamentepelarealizaçãodestetrabalho.
v
SUMÁRIO
RESUMO ii
ABSTRACT iii
AGRADECIMENTO v
LISTADETABELAS viii
LISTADEFIGURAS ix
1.INTRODUÇÃOGERAL.................................................................................................2
2.FUNDAMENTAÇÃOTEÓRICA...................................................................................5
2.1.Óleolubrificante..........................................................................................................5
2.1.1.Composiçãodosóleoslubrificantes......................................................................5
2.1.2.Oscomponentesquímicosdosóleoslubrificantes.................................................5
2.1.3.Classificaçãodosóleos.........................................................................................6
2.1.4.Identificaçãodosóleos.........................................................................................8
2.1.5.Classificaçãodoslubrificanteslíquidos.................................................................9
2.1.5.1.Óleosminerais...............................................................................................9
2.1.5.2.Óleosgraxos................................................................................................11
2.1.5.3.Óleoscompostos..........................................................................................11
2.1.5.4.Óleossintéticos............................................................................................12
2.1.6.Óleosbásicos......................................................................................................12
2.1.6.1.Tiposdeóleosbásicos..................................................................................13
2.1.6.2.Óleoslubrificantesbásicos...........................................................................13
2.1.6.3.Característicaserequisitosdedesempenho..................................................14
2.1.6.3.1.CaracterísticasFísicaseQuímicas.........................................................14
2.1.6.3.2.Desempenho.........................................................................................14
2.1.6.4.Especificaçõesdosóleosbásicos..................................................................14
2.1.7.Composiçãodosóleosusados.............................................................................17
2.1.8.Re-refinodeóleosusados...................................................................................19
2.1.9.AsnovasleisdaAgênciaNacionaldoPetróleo–ANP.......................................20
2.2.Tratamentodeefluentes.............................................................................................20
2.3.Metais.......................................................................................................................22
2.3.1.Metaisemsoluçãoaquosa..................................................................................22
2.3.2.Metaispesados...................................................................................................23
2.3.2.1.Cobre...........................................................................................................24
2.3.2.2.Ferro............................................................................................................25
2.3.2.3.Utilizaçãodemetaispesadosemprocessosindustriais.................................26
2.4.Biossorção.................................................................................................................28
2.4.1.Mecanismodeacumulaçãodemetaispormicrorganismos..................................28
2.4.1.1.Acumulaçãoextracelular/precipitação..........................................................32
2.4.1.2.Sorçãonasuperfíciecelularoucomplexação...............................................33
2.4.1.3.Acumulaçãointracelular..............................................................................33
2.4.1.4.Avaliaçãododesempenhodasorção............................................................34
2.4.1.4.1.EfeitodopH..........................................................................................35
2.4.1.4.2.Influênciadatemperatura......................................................................35
2.4.1.4.3.Influênciadaconcentraçãodometal......................................................36
2.4.1.4.4.Influênciadascondiçõesdebiomassa....................................................36
2.4.1.5.Isotermasdebiossorção...............................................................................36
vi
2.5.Algasmarinhas..........................................................................................................38
2.6.Biossorçãoporalgas..................................................................................................41
2.7.Planejamentofatorial.................................................................................................44
3.ESTADODAARTE......................................................................................................46
4.MATERIALEMÉTODOS...........................................................................................53
4.1.Espaçofísico.............................................................................................................53
4.2.Material.....................................................................................................................53
4.2.1.Reagentes...........................................................................................................53
4.2.2.Equipamentos.....................................................................................................54
4.3.Metodologia..............................................................................................................54
4.3.1.Determinaçãodaspropriedadesfísico-químicasdoóleo.....................................54
4.3.2.Caracterizaçãodoóleocomrelaçãoàpresençademetaispesados......................55
4.3.3.DeterminaçãodasolubilidadedemetaisFerroeCobreemóleonovo.................56
4.3.4.Preparaçãodabiomassa......................................................................................56
4.3.5.Tratamentodabiomassaatravésdaprotonação...................................................57
4.3.6.Sistemaexperimentalparaoprocessodebiossorçãodeóleolubrificanteusado
utilizandoalgamarinhaSargassumsp..........................................................................57
4.3.7.Avaliaçãodaprotonaçãonaalga.........................................................................58
4.3.8.Estudoexperimentaldacinéticadebiossorção....................................................59
4.3.9.Influênciadaquantidadedebiomassa.................................................................59
4.3.10.Influênciadatemperatura.................................................................................60
4.3.11.Influênciadavelocidadedeagitação.................................................................60
4.3.12.Planejamentoexperimental...............................................................................60
5.RESULTADOSEDISCUSSÃO....................................................................................64
5.1.PropriedadesFísico-Químicas...................................................................................64
5.2.Metaispesadosnoóleolubrificanteusado.................................................................65
5.3.Ensaiosemoóleolubrificantenovo..........................................................................66
5.3.1.SolubilidadedoFeeCuemóleolubrificantenovo.............................................66
5.3.2.Avaliaçãodabiossorção.....................................................................................67
5.4.Processodebiossorção..............................................................................................68
5.4.1.Influênciadotratamentodabiomassaprotonada.................................................68
5.4.2.Estudocinético...................................................................................................69
5.4.3.Efeitodaquantidadedebiomassa.......................................................................71
5.4.4.Análiseestatísticadosresultados........................................................................73
6.CONCLUSÕES...............................................................................................................92
7.REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS...........................................................................95
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela2.1:Classificaçãodoóleoparamotoresagasolinaeaálcoolesuasfinalidades..........7
Tabela2.2:Classificaçãodoóleoparamotoresadieselesuasfinalidades.............................8
Tabela2.3:Característicasdosóleosparafínicosenaftênicos..............................................10
Tabela2.4:Índicedeviscosidadedoóleobásico..................................................................15
Tabela2.5:Característicasfísico-químicasdocobre(Ruben,1970).....................................25
Tabela2.6:Característicasfísico-químicasdoferro(Ruben,1970)......................................26
Tabela2.7:Utilizaçãodemetaispesadosemalgunstiposdeindústrias................................26
(BrandweineBrookman,1982)...........................................................................................26
Tabela2.8:Principaispigmentosconstituintesdealgumasclassesdealgasmarinhas(Boney,
1966)...................................................................................................................................39
Tabela4.1:Níveisdasvariáveisdoplanejamentofatorial24paraoestudodomecanismode
remoçãodeFeeCu.............................................................................................................61
Tabela4.2:MatrizdoplanejamentodomecanismoderemoçãodeFeeCuexperimental
fatorial24.............................................................................................................................62
Tabela5.1:Propriedadesdoóleousado................................................................................64
Tabela5.2:Propriedadesdoóleoantesdouso......................................................................65
Tabela5.3:Teordemetaisnoóleolubrificanteusado..........................................................66
Tabela5.4:SolubilidadedoFeeCunoóleolubrificantenovo.............................................67
Tabela5.5:PercentualderemoçãodosmetaisFeeCunoprocessodebiossorção...............67
Tabela5.6:Concentraçãodosmetaisnoóleousadodepoisdoprocessodebiossorção.........68
Tabela5.7:ResultadosdoPlanejamentofatorial24comtriplicatanopontocentralparao
processoderemoção............................................................................................................74
viii