Desenvolvimento da carboximetil lignina como aditivo multifuncional para a indústria do petróleo: uma alternativa para o aproveitamento de biomassas lignocelulósicas

A tese de doutorado apresenta a carboximetil lignina (CML) como aditivo multifuncional para aplicacoes na industria do petroleo. A reacao de carboximetilacao segue a reacao classica de eteres de Williamson onde um alcoxido (alcali de lignina) reage com um haleto de alquila (ac. monocloroacetico) para formar um eter. A CML foi avaliada como aditivo retardador de pega para pastas de cimento e como aditivo inibidor de incrustacao. Os estudos sobre a CML como retardador de pega foram realizados com uma lignina extraida do bagaco da cana de acucar pelo metodo soda-antraquinona. O derivado da lignina foi adicionado na composicao de pastas de cimento e testado em ensaios de consistometria pressurizada (API RP 10B) para a determinacao do tempo de espessamento (tempo de pega) das pastas aditivadas. Foi observado o incremento no tempo de espessamentos das pastas de cimento em funcao da adicao de CML a composicao. Foi proposto um segundo mecanismo de atuacao (alem do classico) para a CML. Calculos semi-empiricos foram realizados para simular a capacidade da CML em formar complexos de coordenacao com ions Ca2+ fundamentais para o processo de pega do cimento. O complexo proposto apresentou-se entropicamente favoravel em um processo espontâneo em relacao a energia livre de Gibbs. Essas observacoes sobre a capacidade da CML em adsorver no nucleo de cimento e complexar ions Ca2+ motivaram o estudo sobre inibidor de incrustacao. Para este trabalho, a reacao de carboximetilacao foi aplicada em uma lignina extraida da madeira pelo metodo Kraft. A CML foi avaliada como inibidor de incrustacao em um sistema sintetico de agua produzida por pocos de petroleo. Foram realizados testes de eficiencia de inibicao pelo metodo dinâmico (precipitacao dinâmica em tubo capilar) de acordo com os procedimentos da NACE 31105 e pelo metodo estatico. Os cristais formados pelo metodo estatico foram analisados por microscopia eletronica de varredura (MEV) e difracao de raios-X. Observou-se que na ausencia de CML os produtos de incrustacao eram basicamente os polimorfos de CaCO3 com predominância do polimorfo aragonita com calcita em menor proporcao. Na presenca de CML, as imagens de MEV mostraram uma inibicao do crescimento dos bastoes de aragonita e calcita como fase majoritaria nos produtos de incrustacao. Ensaios de DRX, associados a tecnica de refinamento de Rietveld confirmaram que, de fato, a aragonita reduziu o seu percentual na composicao da incrustacao e as imagens de MEV tambem mostram que o crescimento do cristal foi reduzido em uma ordem de grandeza. Os resultados da pesquisa mostram que a reacao de carboximetilacao de ligninas pode ser uma alternativa tecnologica para agregar valor a residuos de biomassa lignocelulosicas e que sua versatilidade pode abranger diversos setores da industria de oleo e gas.