Produção de aerogel a partir de nanofibras de celulose obtidas de resíduos da indústria moveleira (Pinus elliottii var. elliottii) para sorção de óleos
Resumen
O petróleo é uma matéria-prima de grande valor econômico. Buscando a substituição de matérias-primas não-renováveis, óleos vegetais vêm sendo usados cada vez mais como matéria-prima para combustíveis e polímeros. Derramamentos durante o manuseio de óleos são graves problemas ambientais. Fibras vegetais são usadas há muito tempo para a sorção de óleos em derramamentos. Resíduos de madeira na forma de serragem já são usados como sorventes de óleos, sendo um recurso barato e disponível. Entretanto, as características hidrofílicas das fibras vegetais reduzem sua capacidade de sorção de óleos. Os aerogéis de celulose tornaram-se um produto de grande interesse nessa área devido à sua alta porosidade (95 a 99%), baixa massa específica (0,004 to 0,15 g.cm-3) e alta área superficial (>60,m².g-1), além da abundância e sustentabilidade da celulose. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um aerogel hidrofóbico de nanofibras de celulose a partir de resíduos da indústria moveleira (Pinus elliottii var. elliottii) processados por hidrólise ácida com explosão a vapor para a sorção de petróleo e óleos vegetais. No processo de explosão a vapor a melhor condição experimental foi observada para uma razão volumétrica de ácido acético e ácido nítrico 15:2:1 a 120°C e 30 minutos com rendimento superior a 90% em celulose e a remoção completa da hemicelulose e da lignina. Após a liofilização foi obtido um aerogel com massa específica 0,046 0,0013 g.cm-3 e porosidade 97,08 0,08%. A hidrofobização do aerogel gerou um ângulo de contato de 138,78º 0,78º. O aerogel mostrou capacidade de sorção máxima experimental (CSME) de 19,55 0,10 góleo.gaerogel-1 para petróleo e 13,73 0,62 góleo.gaerogel-1 para o óleo vegetal. A produção de nanofibras de celulose deu-se através de meios físicos (moagem) e a hidrofobização foi efetuada por modificação superficial das fibras com organosilanos (MTMS) por deposição a vapor. Na hidrólise do resíduo da indústria moveleira dois reagentes ácidos (ácido acético e ácido nítrico) foram testados individual e simultaneamente, com variações de temperatura, tempos e quantidade de reagente. A fração sólida rica em celulose obtida foi cominuída em moinho de pedras por 5 horas a 2500 rpm em uma suspensão com 1,5% m/m. O gel obtido foi congelado por 48 horas a -20ºC para posterior liofilização a -40ºC por 50 horas. Os aerogéis obtidos na liofilização foram tratados com o organosilano via deposição em fase vapor por 5 horas a 70ºC. O resíduo da indústria moveleira foi caracterizado quanto ao teor de celulose, hemicelulose, lignina, cinzas, extrativos e umidade. O processo de explosão a vapor foi caracterizado através do rendimento individual dos seus componentes (celulose e hemicelulose). Ensaios de massa específica aparente, ângulo de contato, porosidade, caracterização morfológica por microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo, ensaios de sorção de óleos e cinética de sorção em meio homogêneo e heterogêneo de sorção de petróleo e óleo de soja foram realizados para caracterizar o aerogel. Modelos cinéticos de pseudoprimeira, pseudossegunda e pseudoenésima ordem foram ajustados aos dados experimentais em suas formas lineares e não-lineares. A sorção em meio homogêneo de petróleo foi bem ajustada com o modelo linear de pseudoprimeira ordem. A sorção de óleo vegetal foi bem ajustada tanto pelo modelo de pseudoprimeira ordem quanto pelo modelo de pseudossegunda ordem. Os modelos na forma não-linear indicaram um melhor ajuste dos dados experimentais pelo modelo de pseudoenésima ordem (n=0,95) para o petróleo e pelo modelo de pseudoprimeira ordem para o óleo vegetal. Os ajustes cinéticos mostraram que em meio heterogêneo a CSME se mantém constante em relação ao meio homogêneo, mas foi observada uma menor taxa de sorção.