Quitosana para tratamento de incrustações de petróleo após extração de Ra-226 e Ra-228

Abstract

Na indústria de petróleo, incrustações são formadas no interior dos equipamentos de processos desde a extração à produção. Nesses resíduos estão contidos radionuclídeos como Ra-226 e Ra-228 que co-precipitam com os sulfatos e carbonatos que formam as incrustações. Devido à elevada concentração de radionuclídeos, esses materiais são classificados como TENORM. Além disso, esses materiais radioativos podem conter elementos químicos tóxicos. Dessa forma, existe a necessidade de tratamentos devido à presença desses radionuclídeos, em que o uso de ácidos orgânicos e biomateriais como a quitosana se destacam como alternativas verdes. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo aplicar a quitosana cristalina e esferas de quitosana como adsorvente de Ra-226 e Ra-228 presentes em incrustações de tubulações de petróleo após tratamento químico por ácidos. Para isso, foi realizada a caracterização química e radiométrica das incrustações, seguida pela avaliação do tratamento químico com ácidos para estudo de maior eficiência na solubilização de Ra, com ácido acético estudado como alternativa verde. Carbono orgânico foi indiretamente quantificado para estudar a viabilidade da digestão ácida das incrustações em forno digestor. Após a definição do melhor método de tratamento químico, foi realizada extração de Ra em forno micro-ondas. Concomitante, foram preparadas esferas de quitosana reticuladas com PVA e glutaraldeído para os ensaios de adsorção. As secagens das esferas foram em estufa de circulação forçada de ar (60 oC) – Esferas “A” e a liofilização – Esferas “B”. As características estruturais da quitosana e esferas de quitosana após secagem foram avaliadas por DRX e FTIR. Após a neutralização do pH, as soluções das amostras de incrustações foram agitadas com a quitosana e as esferas A por 4 horas. Ambos os filtros resultantes dos tratamentos químicos, a quitosana e as esferas submetidas ao ensaio de adsorção foram analisados por EGAR. As incrustações apresentaram concentrações de Cu, Sr e V com 295, 41.200 e 5.400 mg kg-1

, respectivamente, e radionuclídeos, cujas respectivas concentrações de atividade médias para Ra-226 e Ra-228 foram 35 kBq kg-1

e 9 kBq kg-1

, além de Ca, Pb, Fe, Mg, Mn, Ni, Si e Ti. O ácido clorídrico foi considerado o mais indicado para extrair os isótopos de rádio das incrustações. Por outro lado, o ácido acético pode ser utilizado como alternativa verde. De acordo com análise por DRX, a fase cristalina da quitosana e das esferas A e B foram 13,11%, 3,49% e 15,01%, respectivamente, enquanto os respectivos tamanhos de cristal foram 21,27; 11,15 e 6,03 nm. Os espectros IR indicaram semelhanças na estrutura química para as esferas A e B e a quitosana cristalina; contudo, foram identificados agrupamentos bem definidos pelo método de preparação das esferas e de secagem a partir da Análise por Componentes Principais (PCA). As taxas de contagens da quitosana e das esferas A, antes e após o ensaio de adsorção, apresentaram diferenças significativas em nível de 95% de confiança, em que as maiores contagens foram observadas para Ra-226 e Ra-228 nas esferas. Portanto, as esferas de quitosana mostraram melhor desempenho na retenção dos radionuclídeos Ra-226 e Ra-228 das incrustações.