Synthesis of vermiculite bio-organ clays with dimer fatty acid-based polyamide chains for oil and gas field produced water treatment

Abstract

A extração de petróleo e gás natural tem sido setores dominantes na economia global desde o início do século XIX. Embora essenciais para a sociedade, a extração e o processamento desses recursos têm impactos ambientais significativos, sendo a água de produção (AP) o aspecto mais preocupante. O estudo investigou o potencial da vermiculita modificada (VMT) como adsorvente para a remoção de contaminantes da AP. Entretanto, foi dada ênfase especial ao cobre e ao fenol. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou uma estrutura natural da VMT composta por pilhas imperfeitas com lamelas em escala micrométrica, significativamente mais espessas do que folhas individuais. A VMT natural apresentou uma área superficial BET de 1,49 m²/g, com um d50 de 890 µm. Após a exfoliação térmica, a área superficial aumentou para 12,4 m²/g, com um valor de d50 correspondente de 12,4 µm. Após a organomodificação com 7,5% em peso de polímero, a área superficial BET diminuiu para 8,78 m²/g, enquanto o tamanho das partículas (d50) aumentou para 139 µm, confirmando a incorporação do polímero. A análise de fluorescência de raios X (FRX) indicou um teor de vermiculita inferior a 50%, consistente com a vermiculita de Palabora. A análise de difração de raios X (DRX) da VMT não modificada exibiu múltiplos reflexos, indicativos de uma mistura mineral. Após a modificação, a argila apresentou intensidades de pico menores, atribuídas à delaminação das folhas e à redução do tamanho das partículas devido à expansão térmica e à integração do polímero. A análise termogravimétrica (TGA) revelou perda de massa em toda a faixa de temperatura tanto para a VMT natural quanto para a modificada, com maior perda de massa nesta última devido às moléculas orgânicas do polímero. Experimentos de adsorção em batelada demonstraram baixa eficiência de remoção para fenol (≈23%) e cobre (≈54%) da água de produção para a VMT natural. Após a organomodificação, a eficiência de remoção de fenol melhorou significativamente (≈74%), enquanto a eficiência de remoção de cobre reduziu drasticamente para 13%. Esses achados sugerem que modificações específicas da VMT podem otimizar suas capacidades de adsorção para contaminantes específicos, embora trade-offs devam ser considerados ao direcionar múltiplos poluentes. Recomenda-se mais pesquisas sobre técnicas de modificação e condições de aplicação para maximizar seu potencial no tratamento de água de produção.