Avaliação da mobilidade de nanopartículas de ferro em meio poroso através de microtomografia de raios-x

Resumo A nanorremediação é uma tecnologia emergente no tratamento de aquíferos contaminados, através do uso de nanomateriais reativos. Estudos em escalas de coluna, piloto e campo relataram reduções bem-sucedidas na concentração de contaminantes após a injeção de nanopartículas de ferro zero valente (nZVI) em áreas contaminadas. Entretanto, as lacunas de conhecimento acerca dos processos em escala de poro limitam a otimização de projetos de nanorremediação em escalas maiores. Em resposta a este desafio, investiga-se mobilidade e aprisionamento de nZVI em meios porosos em escala de poro, usando microtomografia computadorizada de raios-X (µCT). A dinâmica do fluxo de fluidos em meios porosos é um processo rápido, e scanners µCT de bancada são incapazes de capturar detalhes, exigindo alta resolução de tempo apenas possibilitada por técnicas de síncrotron. A luz síncrotron é um tipo de radiação eletromagnética que permite o estudo 3D não-destrutivo da estrutura interna dos materiais, bem como seu comportamento em diferentes condições. Ensaios de injeção de nZVI foram realizados em 2 colunas de areia com diferentes granulometrias. As amostras foram fotografadas em 3 segmentos, movendo-as verticalmente, permitindo a avaliação da mobilidade de nZVI ao longo de toda a coluna em cada etapa do experimento, sem comprometer a resolução da imagem. Os dados foram adquiridos através da rotação da amostra na linha de feixe de raios-X, enquanto o detector coletou as projeções (imagens radiográficas) a cada ângulo. Algoritmos de reconstrução de imagem foram usados para gerar imagens 3D da amostra a partir das imagens radiográficas 2D coletadas. Observou-se a existência de grupos de nanopartículas móveis e não-móveis. Na escala de poro, as nanopartículas presas ocuparam principalmente as gargantas de poros (porções mais estreitas do meio poroso). Ademais, a suspensão de nZVI não é miscível com a fase inicial de água, formando uma fina película de água (fase molhante) sobre os grãos. Os resultados destes experimentos lançam luz sobre os mecanismos em escala de poros envolvidos no aprisionamento de nZVI em meios porosos. A comparação dos resultados para amostras de areia grossa e fina ajudará a melhorar a eficiência dos processos de remediação de águas subterrâneas baseados em nanotecnologia

MICROTOMOGRAFIA DE SOLOS CONTAMINADOS POR SOLVENTES ORGANOCLORADOS

RESUMO O número de áreas contaminadas conhecidas no Brasil é da ordem de milhares, com impactos sobre o meio ambiente e a saúde humana. Essas áreas apresentam-se em diferentes fases de investigação, e as que atingiram o estágio de remediação muitas vezes são incapazes de alcançar as metas ambientais estabelecidas. Nesse contexto, este projeto visa estudar detalhadamente em 3D o solo de uma área contaminada, através da microtomografia de raios-X (CT), para determinar o potencial de remediação da área por nanopartículas de ferro zero-valente (nZVI). Uma grande vantagem do uso de µCT é a obtenção de dados internos de uma amostra de forma não destrutiva. A aquisição de imagens envolve a rotação de uma amostra de solo não perturbada na linha de feixe de raios-X, enquanto o detector coleta as projeções (imagens radiográficas) de cada ângulo. Algoritmos de reconstrução de imagem são usados para gerar imagens 3D da amostra a partir das imagens radiográficas 2D coletadas. Foram estudados 10 locais contaminados no Estado de São Paulo a partir do banco de dados da CETESB, de mais de 6000 áreas. Um conjunto de critérios foi desenvolvido com base em aplicações piloto bem-sucedidas de remediação nZVI em outros países, para auxiliar na seleção do local mais adequado para usar a tecnologia de nanorremediação. A mobilidade do nZVI foi então estudada para duas áreas selecionadas através de modelos numéricos. Considera-se a injeção de nZVI através de um poço convencional para estimar o raio de influência e a distribuição final das partículas no aquífero. A fase seguinte é o desenvolvimento de protocolos de análise para µCT em amostras de solo da área-alvo, e para interpretação de dados de imagem. Nesta, realiza-se análise quantitativa para caracterização de parâmetros geométricos básicos. Posteriormente, a modelagem da rede de poros permitirá individualizar os poros e suas conexões em escala microscópica e, possivelmente, a distinção entre diferentes fases de saturação (por exemplo, água, gás, contaminantes). Essa caracterização 3D do meio é essencial para a compreensão das interações fluidomatriz na escala dos poros, e pode fornecer ferramentas úteis para avaliar locais contaminados e planos de remediação em potencial