Síntese do óxido de grafeno funcionalizado para remoção de gás sulfídrico presente no gás natural

Abstract

Devido à influência econômica do gás natural (GN) no Brasil, o aperfeiçoamento das técnicas de refino do GN é de grande importância, visto que interfere de forma positiva no setor energético do país. Neste sentido, uma das principais etapas no processo de refino é a remoção do gás sulfídrico presente no GN, processo conhecido como dessulfurização. O gás sulfídrico provoca a formação de chuvas ácidas, poluição da água, do solo, intoxicação da fauna e flora, além de provocar a corrosão das tubulações e reagir com a maioria dos metais. Nesta perspectiva, um adsorvente a base de óxido de grafeno (GO) foi desenvolvido por meio da decomposição térmica (DT) do ácido cítrico (AC), em uma rota sintética alternativa e verde em relação ao método tradicional que produz resíduos altamente tóxicos. A fim de atribuir características básicas a estrutura do GO, devido a estrutura ácida do gás sulfídrico e do GO, a funcionalização com amina (GOF-DI) foi realizada, a fim de deixar o GO com características básicas. Para isso, realizou-se a aplicação de ultrassom (US), uma metodologia verde que auxilia nos processos de homogeneização na solução de aminas e na oxidação da folha do GO. Destaca-se ainda que o gás sulfídrico apesenta alta afinidade com metais, logo, o GOF-DI também foi funcionalizado com cobre e ferro, a fim de analisar o comportamento de adsorção com esses materiais. A caracterização do GO e dos GOF’s foi realizada pelas técnicas de FTIR, DRX, FRX, TGA/DTG e adsorção/dessorção de nitrogênio. Por meio do espectro de FTIR observou-se que houve a formação dos materiais, devido à presença de bandas características. No DRX foi possível notar o aumento da distância interplanar para o GO = 0,49 nm, GOF-DI = 0,63 nm e GOF-DI+Cu = 0,68 nm, e uma diminuição para 0,37 nm no GOF-DI+Fe. Nas análises de BET a área superficial do GO foi de 18 m2/g, enquanto para o GOF-DI de 456 m2/g. Com as análises de TGA/DTG observou-se que o GO apresenta a perda de grupos funcionais menos estáveis na faixa de 150 a 234 °C, enquanto na faixa de 234 a 373 °C há perda de grupos funcionais estáveis, e por fim na faixa de 373 a 479 °C acontece a degradação da estrutura. Em contrapartida os GOF’s apresentaram estruturas mais estáveis, visto que a degradação dos grupos funcionais e da estrutura é detectada a partir de 155 a 530 °C. Além da caracterização dos materiais, foram realizados testes de adsorção para avaliar o processo adsortivo e determinar a capacidade de adsorção dos GOF’s. Esses testes foram avaliados por meio de analises como FTIR, TGA/DTG e UV no qual demostraram a presença do gás sulfídrico incorporado na superfície dos adsorventes. A capacidade de adsorção frente ao gás sulfídrico do GOF-DI foi de 158,52 mg/g e do GOF-DI+Cu 395,05 mg/g. Portanto, a síntese do GO por DT do AC é uma rota de síntese alternativa, eficiente e verde, assim como a funcionalização com aminas e com os metais cobre e ferro, pela aplicação de US que também atendem aos princípios da química verde. Além disso, a adsorção em coluna permitiu interpretar que os materiais sintetizados são bons adsorventes, devido à alta capacidade de adsorção frente ao gás sulfídrico. Observa-se também que o GOF-DI+Cu apresentou melhores resultados que o GOF-DI, e que ambos se mostram como uma boa alternativa para realizar a dessulfurização do GN.