Avaliação de um biossorvente à base de fibra de ráfia na sorção de hidrocarbonetos

Oil spills and discharges of petroleum products have severely polluted aquatic ecosystems, oceans, rivers, groundwater and even soil. In August 2019, more than 2,000 km of the northeast and southeast coast of Brazil were struck by a major oil spill in the country’s largest ever environmental disaster. Spill remediation is a significant environmental challenge and the economic and socioenvironmental impacts of these events are diverse. Oil spills in oceans and rivers severely affect the fishing and tourism industries of the areas in question, with damage including severe short and long-term effects on plants and animals, such as respiratory and digestive disorders, reduced growth and reproductive capacity as well as weakened immunity due to the bioaccumulation of toxic contaminants. There are several proposed strategies for removing crude oil and petroleum products from surface water. Contaminated areas can be remediated in-situ or ex-situ, with the former considered the best option in terms of cost and efficiency. In this respect, absorbent materials obtained from biomass have received widespread attention due to their ease of use, buoyancy and low cost. Raffia is a natural fiber abundant in eastern Africa with excellent physical properties, such as low specific weight, good liquid sorption and low conductivity. As such, the present study investigated the application of raffia fiber with different particle sizes (< 300 µm, 300 - 850 µm, 850 - 1000 µm, 1000 - 1400 µm and 1400 - 2000 µm) and fiber/hydrocarbon ratios (1, 2, 3 and 4% w/v) as an absorbent for hydrocarbons, using n-heptane as a model molecule. Microscopic analysis of micronized raffia fiber indicated the presence of honeycomb-shaped cells with well-defined borders and an irregular geometry. These honeycomb structures are preserved, especially in large particle size ranges. Among the granulometries assessed, the highest sorption capacities were obtained for 1000 to 1400 µm raffia fibers, suggesting that honeycomb-shaped structures favor hydrocarbon sorption. Additionally, the fact that smaller particles do not require micronization is economically beneficial and facilitates application of the absorbent material to remediate hydrocarbon-contaminated areas. The results obtained under the conditions studied indicate that sorption capacity increases as the absorbent content rises. Comparison of fiber contents of 1% and 3% w/v for 1000 - 1400 µm particles showed an increase of approximately 43% in sorption capacity when content rose to 3% w/v. The results of the present study demonstrate the potential of natural raffia fiber as an alternative absorbent for hydrocarbons.O derramamento de óleo e derivados de petróleo leva a graves efeitos de poluição em sistemas aquáticos, oceanos, rios e águas subterrâneas e, até mesmo, no solo. Recentemente, em agosto de 2019, mais de 2 mil quilômetros do litoral do Nordeste e Sudeste brasileiro foram atingidos por um grande derramamento de petróleo, caracterizando o maior desastre ambiental já ocorrido no Brasil. Um grande desafio ambiental é a remediação de incidentes envolvendo derramamento de óleo e derivados de petróleo. Os impactos econômicos e socioambientais desses incidentes são os mais diversos. Considerando os desastres de derramamento em áreas marítimas e fluviais, os danos podem gerar sérios problemas na indústria pesqueira ou até mesmo em atividades turísticas da região. Entre estes danos, efeitos gravíssimos em plantas e animais a curto e longo prazo, como problemas nos sistemas respiratório e digestivo, na capacidade de crescimento e reprodução e na imunidade devido aos processos de bioacumulação de contaminantes tóxicos. Atualmente, muitas abordagens são propostas para remoção de contaminantes de óleo e derivados de petróleo de superfícies aquosas. A remediação de áreas contaminadas pode ocorrer in-situ ou ex-situ, sendo que as tecnologias in-situ são sempre consideradas as melhores opções devido ao custo e eficiência. Com relação a isso, materiais absorventes provenientes de biomassa têm atraído muita atenção pela sua facilidade de utilização, pois normalmente possuem boa flutuabilidade e baixo custo. A ráfia é uma espécie de fibra natural encontrada em abundância na região ocidental da África e que possui propriedades físicas interessantes, como a baixa massa específica, boa sorção a líquidos e baixa condutividade. Dentro deste contexto, o presente trabalho estudou a aplicação da fibra natural de ráfia em diferentes faixas granulométricas (< 300 µm, 300 - 850 µm, 850 - 1000 µm, 1000 - 1400 µm e 1400 - 2000 µm) e em diferentes razões fibra/hidrocarboneto (1, 2, 3 e 4% m/v) como material absorvente para hidrocarbonetos, utilizando o n-heptano como molécula modelo. A análise microscópica da fibra de ráfia micronizada indica a presença de células formadas com fronteiras bem definidas e fechadas, mas com geometria irregular, cuja forma lembra uma colmeia de abelha. Essas estruturas de colmeia foram preservadas, principalmente nas maiores faixas granulométricas. Dentre as diferentes granulometrias avaliadas, as maiores capacidades de sorção foram obtidas com partículas de ráfia na faixa de 1000 - 1400 µm, sugerindo que a presença de estruturas na forma de colmeia favorece a sorção de hidrocarboneto. Além disso, o fato de não haver necessidade de micronizar a fibra em partículas muito finas, gera vantagens do ponto de vista econômico e de aplicação do material absorvente na remediação de áreas contaminadas por hidrocarbonetos. Os resultados obtidos nas condições estudadas indicam que a capacidade de sorção cresce à medida que a quantidade de absorvente aumenta. Comparando-se os teores de 1% e 3% m/v de ráfia, na faixa de 1000 - 1400 µm verificou-se um aumento de aproximadamente 43% na capacidade de sorção, quando o teor de fibra aumentou para 3% m/v. Os resultados do presente trabalho evidenciam a potencialidade da fibra natural de ráfia como material absorvente alternativo para hidrocarbonetos

Development of structural composites with raphia natural fiber with thermoacoustics properties

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS ([email protected]) on 2016-09-16T16:23:29Z No. of bitstreams: 1 TES_JEAN_DE_DIEU_BRIAND_MINSONGUI_MVEH_PARCIAL.pdf: 178672 bytes, checksum: eb0ff52ad60141cd3a16ac743641ce51 (MD5)Made available in DSpace on 2016-09-16T16:23:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_JEAN_DE_DIEU_BRIAND_MINSONGUI_MVEH_PARCIAL.pdf: 178672 bytes, checksum: eb0ff52ad60141cd3a16ac743641ce51 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29The need to reduce the environmental impact caused by the materials used in the industry has led to research on environmentally sustainable materials. The composites with filler as natural fibers are presented as an alternative. This study proposes the use of Raphia natural fiber as filler in structural composite by processes such as laminating, molding and -bonding. Characterization of the pure raphia fiber and the composites resulting of these processes was performed to investigate the morphology, mechanical properties such as bending limit, elastic modulus, shear limit in bonding and the acoustic properties. The fiber compatibility with the polymer matrix was evaluated as well as its thermal decomposition by thermal gravimetric analysis (TGA). Characterization results of Raphia natural fiber indicate that this fiber has interesting, a specifies mass less than 90% wood, thermoacoustics properties and good resistance to flame spread, investigated by the inflammability test. The morphological analysis showed that the pure raphia fiber is composed of a threedimensional arrangement of closed cells, separated by longitudinal layers. This type of arrangement is similar to other systems that have good thermoacoustics roperties. Regarding the compatibility of fiber with polymer matrices, epoxy resins showed good adherence to laminar composites. These resins also showed good results in the preparation of sandwich panels with external offset plates of wood and aluminum with core of raphia natural fiber. The preparation processes of MDF, OSB, MDP were tested and showed consistent with the raphia natural fiber using natural adhesive. The properties evaluation of the studied structural composites, such as elastic odulus, flexural strength, sound absorption and thermal conductivity were superior to those materials used nowadays in many products with thermoacoustic insulation characteristics. The hybrid laminar composite epoxy adhesive, micro glass bead, plasticizer, raffia natural fiber and carbon fiber showed 22.63% better mechanical properties and bulk density 26% less than the offset properties of wood used as flooring.A necessidade de reduzir o impacto ambiental provocado pelos materiais utilizados na ind?stria tem levado ? pesquisa de materiais ecologicamente vi?veis. Os comp?sitos com cargas de fibras naturais apresentam-se como uma das alternativas. Esse trabalho prop?e o uso da fibra natural de r?fia como refor?o em comp?sitos estruturais, atrav?s de processos como a lamina??o, moldagem e colagem. A caracteriza??o da fibra bruta da r?fia e dos comp?sitos resultantes desses processos foi realizada visando investigar as caracter?sticas morfol?gicas, as propriedades mec?nicas, como os limites de flex?o, o m?dulo de elasticidade e o limite de cisalhamento na linha de colagem, bem como as propriedades termo ac?sticas. A compatibilidade da fibra, com a matriz polim?rica foi avaliada, bem como sua decomposi??o t?rmica pela an?lise termogravim?trica (TGA). Os resultados da caracteriza??o da fibra natural de r?fia apontam que essa fibra possui propriedades termoac?sticas interessantes, uma massa especifica 90% menor que a da madeira, al?m de uma boa resist?ncia ? propaga??o da chama, investigada pelo teste da inflamabilidade. A an?lise morfol?gica mostrou que a fibra de r?fia bruta ? composta de um arranjo tridimensional de c?lulas fechadas, separadas por camadas longitudinais. Este tipo de arranjo ? similar a outros sistemas que possuem boas propriedades termo ac?sticas. Com rela??o ? compatibiliza??o da fibra com matrizes polim?ricas, as resinas ep?xi apresentaram resultados satisfat?rios para comp?sitos laminares. Essas resinas apresentaram tamb?m bons resultados na prepara??o de pain?is sandu?che com placas externas de compensados de madeiras e de alum?nio com n?cleo em fibra natural de r?fia. Os processos de fabrica??o do MDF (Medium density fiberboard), OSB (Oriented strand board), MDP (Medium density particleboard) foram testados e se mostram compat?veis com a fibra natural de r?fia, utilizando adesivo natural. As propriedades dos comp?sitos estruturais estudados como o M?dulo de elasticidade, a resist?ncia ? flex?o, condutibilidade t?rmica e absor??o sonora foram superiores daqueles materiais utilizados hoje em dia com caracter?sticas de isolamento termoac?stico. O comp?sito h?brido laminar de adesivo ep?xi, micro esfera de vidro, plastificante, fibra natural de r?fia e fibra de carbono apresentou propriedades mec?nicas 22,63% melhores e a massa especifica 26% menor que as propriedades dos compensados de madeiras utilizados como assoalhos