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Estudo da otimização do método de centrifugação para análise da eficiência na extração de material interfacial em óleo emulsionado caracterizado por FT-ICR MS

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Souza, Luciara Costa de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Química
Centro de Ciências Exatas
UFES
Programa de Pós-Graduação em Química
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/19664
Resumo: Emulsions are common in the oil industry, present in various processes such as extraction, transportation and refining. However, emulsions can present a significant problem in this sector. Understanding the compounds that play a significant role in stabilizing water/oil (W/O) emulsions is crucial to developing effective treatment methods. The isolation and characterization of Interfacial Material (IM) is an attempt to better understand the species involved in the formation and stabilization of emulsions. This study aims to optimize the methodology of Pereira et al. (2014), which is based on centrifuging an emulsion and separating the oily phase from the remaining (unresolved) emulsion. The study aims to investigate the influence of time and temperature in the centrifugation step, in order to obtain the interfacial material. A sample of naturally emulsified oil was centrifuged, initially varying the centrifugation time by 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 minutes, keeping the temperature constant at 60 °C and the rotation at 9500 rpm. The temperature was then varied by 20, 30, 40, 50 and 60 °C, keeping the time constant at 120 minutes and the rotation at 9500 rpm. The centrifugation stage resulted in two fractions (EPS and EPR). These fractions were distilled using Dean-Stark (to remove the water), centrifuged (to remove the salt) and evaporated (to remove the solvent) to obtain the interfacial materials (IMS and IMR) respectively. All samples were analyzed using ESI(-)FT-ICR MS. High-resolution mass spectrometry proved crucial for identifying the chemical species of the oil and its fractions, as well as offering precise insights into the molecular composition of the IMS by identifying the species that contribute to the stability of the emulsion. The analysis indicated that adjusting the centrifugation time and temperature in the IMR and IMS samples resulted in a decrease in nitrogen species (N1[H] class) and an increase in naphthenic acids (ANs or O2), N2[H] species and mixed classes (N1O2[H], N1O3[H], O3[H] and O3S[H]). Notably, highly aromatic molecules with double bond equivalents (DBE) of 4 to 20 migrated from the aqueous phases to the N1O2[H] and N1O3[H] classes. For ANs, there was a migration to the interface mainly of linear (DBE 1) and aromatic (DBE > 11) molecules. The increase in aromaticity of the IMR sample compared to the crude oil emulsion was confirmed by means of Van Krevelen diagrams, where the H/C vs. O/C or N/C ratio showed a decrease in H/C values for NxOy[H], Oy[H] and Nx[H] species, with x = 1-2 and y = 1-3. The application of Principal Component Analysis (PCA) to the MS data allowed the classification of emulsions based on the type of fraction produced by centrifugation MI, EPR, EPS, crude oil and dehydrated crude oil. The main classes of compounds driving the PCA variance for the MI class were N1O1[H], N1O2[H], N1O3[H], O2[H] and O3[H].
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This study aims to optimize the methodology of Pereira et al. (2014), which is based on centrifuging an emulsion and separating the oily phase from the remaining (unresolved) emulsion. The study aims to investigate the influence of time and temperature in the centrifugation step, in order to obtain the interfacial material. A sample of naturally emulsified oil was centrifuged, initially varying the centrifugation time by 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 minutes, keeping the temperature constant at 60 °C and the rotation at 9500 rpm. The temperature was then varied by 20, 30, 40, 50 and 60 °C, keeping the time constant at 120 minutes and the rotation at 9500 rpm. The centrifugation stage resulted in two fractions (EPS and EPR). These fractions were distilled using Dean-Stark (to remove the water), centrifuged (to remove the salt) and evaporated (to remove the solvent) to obtain the interfacial materials (IMS and IMR) respectively. All samples were analyzed using ESI(-)FT-ICR MS. High-resolution mass spectrometry proved crucial for identifying the chemical species of the oil and its fractions, as well as offering precise insights into the molecular composition of the IMS by identifying the species that contribute to the stability of the emulsion. The analysis indicated that adjusting the centrifugation time and temperature in the IMR and IMS samples resulted in a decrease in nitrogen species (N1[H] class) and an increase in naphthenic acids (ANs or O2), N2[H] species and mixed classes (N1O2[H], N1O3[H], O3[H] and O3S[H]). Notably, highly aromatic molecules with double bond equivalents (DBE) of 4 to 20 migrated from the aqueous phases to the N1O2[H] and N1O3[H] classes. For ANs, there was a migration to the interface mainly of linear (DBE 1) and aromatic (DBE > 11) molecules. The increase in aromaticity of the IMR sample compared to the crude oil emulsion was confirmed by means of Van Krevelen diagrams, where the H/C vs. O/C or N/C ratio showed a decrease in H/C values for NxOy[H], Oy[H] and Nx[H] species, with x = 1-2 and y = 1-3. The application of Principal Component Analysis (PCA) to the MS data allowed the classification of emulsions based on the type of fraction produced by centrifugation MI, EPR, EPS, crude oil and dehydrated crude oil. The main classes of compounds driving the PCA variance for the MI class were N1O1[H], N1O2[H], N1O3[H], O2[H] and O3[H].As emulsões são comuns na indústria do petróleo, presentes em diversos processos como extração, transporte e refino. Contudo, as emulsões podem apresentar um problema significativo nesse setor. Compreender os compostos que desempenham um papel significativo na estabilização das emulsões água/óleo (A/O) é crucial para desenvolver métodos eficazes de tratamento. O isolamento e a caracterização do material Interfacial (MI), são tentativas de compreender melhor as espécies envolvidas na formação e estabilização das emulsões. Este estudo tem como objetivo otimizar da metodologia de Pereira et al. (2014), que se baseia na centrifugação de uma emulsão e separar a fase oleosa da emulsão remanescente (não resolvida). O estudo visa investigar a influência do tempo e da temperatura na etapa de centrifugação, com intuito de obter o material interfacial. Uma amostra de óleo naturalmente emulsionada foi centrifugada, variando inicialmente o tempo de centrifugação por 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 minutos, mantendo-se constante a temperatura de 60 °C e a rotação de 9500 rpm. Em seguida, variou-se a temperatura por 20, 30, 40, 50 e 60 °C, mantendo-se constante o tempo de 120 minutos e a rotação de 9500 rpm. A etapa de centrifugação resultou em duas frações (EPS e EPR). Essas frações foram submetidas a destilação utilizando Dean-Stark (para retirada de água), centrifugação (para retirada do sal) e evaporação (para remoção do solvente), obtendo-se os materiais interfaciais (IMS e IMR) respectivamente. Todas as amostras foram analisadas usando ESI(-)FT-ICR MS. A espectrometria de massas de alta resolução mostrou-se crucial para a identificação das espécies químicas do petróleo e suas frações, assim como oferecer insights precisos sobre a composição molecular do MI identificando as espécies que contribuem para a estabilidade da emulsão. A análise indicou que o ajuste do tempo e da temperatura de centrifugação nas amostras de IMR e IMS resultou em uma diminuição nas espécies de nitrogênio (classe N1[H]) e a um aumento nos ácidos naftênicos (ANs ou O2), espécies de N2[H] e classes mistas (N1O2[H], N1O3[H], O3[H] e O3S[H]). Notavelmente, moléculas altamente aromáticas com equivalentes de ligação dupla (DBE) de 4 a 20 migraram das fases aquosas para as classes N1O2[H] e N1O3[H]. Para ANs, houve uma migração para a interface principalmente de moléculas lineares (DBE 1) e aromáticas (DBE > 11). O aumento da aromaticidade da amostra de IMR em comparação com a emulsão de óleo bruto foi confirmado por meio de diagramas de Van Krevelen, onde a razão H/C vs. O/C ou N/C mostrou uma diminuição nos valores de H/C para espécies NxOy[H], Oy[H] e Nx[H], com x = 1-2 e y = 1-3. A aplicação da Análise de Componentes Principais (PCA) aos dados de MS permitiu a classificação de emulsões com base no tipo de fração produzida pela centrifugação MI, EPR, EPS, óleo bruto e óleo bruto desidratado. As principais classes de compostos que impulsionam a variância de PCA para a classe de IMR foram N1O1[H], N1O2[H], N1O3[H], O2[H] e O3[H]Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em QuímicaCentro de Ciências ExatasUFESPrograma de Pós-Graduação em QuímicaSouza, Lindamara Maria de https://orcid.org/0000-0002-0514-9133http://lattes.cnpq.br/6194660060650807Romão, Wandersonhttps://orcid.org/0000-0002-2254-6683http://lattes.cnpq.br/9121022613112821https://orcid.org/0000-0002-8575-8982http://lattes.cnpq.br/1475251734131608Cunha Neto, Álvarohttps://orcid.org/0000-0002-1814-6214http://lattes.cnpq.br/7448379486432052Carvalho, Rogério Mesquita dehttps://orcid.org/0000-0002-5908-2122http://lattes.cnpq.br/4237474598406733Souza, Luciara Costa de2025-06-02T21:49:43Z2025-06-02T21:49:43Z2025-03-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19664porptinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-06-02T19:05:01Zoai:repositorio.ufes.br:10/19664Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-06-02T19:05:01Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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