Avaliação de carboidratos presentes em resíduos agroindustriais como potenciais inibidores verdes de carbonato de cálcio para indústria de petróleo e gás

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Sousa, Jéssica de Oliveira
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 Rio de Janeiro
Brasil
Instituto de Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFRJ
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://hdl.handle.net/11422/27806
Resumo: Inorganic scaling is a common issue in the oil and gas industry, with calcium carbonate being one of the primary culprits. These deposits can lead to various challenges for the industry. Several methods are employed to address this problem, with the most low-cost alternative being prevention using of scale inhibitors. Commercially, these inhibitors can be categorized into three major groups: polymers, phosphate esters, and phosphonates. However, derivatives of the latter two can be considered pollutants. Therefore, it is essential to explore compounds that can replace them, considering the principles of green chemistry and environmental impact. Thus, this study assessed the potential of model carbohydrate molecules (glucose, maltose, maltodextrin, and soluble starch) and aqueous extracts of starch-rich food residues (potatoes, sweet potatoes, cassava, and potato peels) as biodegradable products with the potential to inhibit calcium carbonate scaling. Dynamic testing with the model carbohydrate molecules revealed that the polymer chain size influenced the scaling time in two different brines with varying compositions, demonstrating the inhibitory potential of these molecules. However, only soluble starch was effective in the brine with lower ion concentrations. Based on these results, starchrich foods were selected to evaluate their potential in calcium carbonate inhibition through static, dynamic, and compatibility tests. Extracts of sweet potato and potato peel residues performed better compared to others in the dynamic test. According to the adopted approval protocol, extract of sweet potato residue was the only one that efficiently inhibited deposit formation under milder conditions and was compatible at a concentration of 500 mg L-1, showing promising potential as a green inhibitor. Meanwhile, extracts of potato, potato peel, and cassava residues were found to be incompatible at the same concentration. It is believed that the superior performance of sweet potato is due to the presence of phenolic compounds, especially subclasses of chlorogenic acid, in its composition. Batch precipitation testing showed that sweet potato delayed the CaCO3 induction time by 51 minutes in the milder brine and reduced the amount of precipitated solids. SEM, XRD, and FTIR revealed the stabilization of the vaterite and calcite polymorphs, with structural deformation, suggesting adsorption of the residue components on the crystalline surface and promoting inhibition.
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Thus, this study assessed the potential of model carbohydrate molecules (glucose, maltose, maltodextrin, and soluble starch) and aqueous extracts of starch-rich food residues (potatoes, sweet potatoes, cassava, and potato peels) as biodegradable products with the potential to inhibit calcium carbonate scaling. Dynamic testing with the model carbohydrate molecules revealed that the polymer chain size influenced the scaling time in two different brines with varying compositions, demonstrating the inhibitory potential of these molecules. However, only soluble starch was effective in the brine with lower ion concentrations. Based on these results, starchrich foods were selected to evaluate their potential in calcium carbonate inhibition through static, dynamic, and compatibility tests. Extracts of sweet potato and potato peel residues performed better compared to others in the dynamic test. According to the adopted approval protocol, extract of sweet potato residue was the only one that efficiently inhibited deposit formation under milder conditions and was compatible at a concentration of 500 mg L-1, showing promising potential as a green inhibitor. Meanwhile, extracts of potato, potato peel, and cassava residues were found to be incompatible at the same concentration. It is believed that the superior performance of sweet potato is due to the presence of phenolic compounds, especially subclasses of chlorogenic acid, in its composition. Batch precipitation testing showed that sweet potato delayed the CaCO3 induction time by 51 minutes in the milder brine and reduced the amount of precipitated solids. SEM, XRD, and FTIR revealed the stabilization of the vaterite and calcite polymorphs, with structural deformation, suggesting adsorption of the residue components on the crystalline surface and promoting inhibition.A incrustação inorgânica é um problema frequente na indústria de óleo e gás, sendo o carbonato de cálcio um dos principais causadores. Os depósitos podem gerar diversos prejuízos para a indústria. Alguns métodos são utilizados para remediar este tipo de problema, sendo que a alternativa de menor custo é a prevenção através do uso de inibidores de incrustação. Comercialmente, estes podem ser classificados em três grandes grupos: polímeros, ésteres de fosfatos e fosfonatos. Porém, derivados destes dois últimos podem ser considerados poluentes. Diante disso, é necessário que se pense em compostos que possam substituí-los, pensando nos princípios da química verde e na redução dos impactos ambientais. Sendo assim, este trabalho avaliou o potencial de moléculas modelo de carboidratos (glicose, maltose, maltodextrina e amido solúvel) e extratos aquosos de resíduos alimentares ricos em amido (batata, batata doce, aipim e cascas de batata) como produtos biodegradáveis com potencial de inibir a formação de incrustações de carbonato de cálcio. A partir do teste dinâmico com as moléculas modelo de carboidratos, observou-se que o tamanho da cadeia polimérica influenciou o tempo de incrustação para as duas salmouras estudadas com composições diferentes, demonstrando o potencial inibitório destas moléculas. Porém, apenas o amido solúvel foi eficaz, na salmoura com menor concentração de íons incrustantes. Com base nestes resultados, foram selecionados alimentos ricos em amido para avaliar o seu potencial na inibição da incrustação por carbonato de cálcio, através de testes estático, dinâmico e de compatibilidade. Os extratos de resíduos de batata doce e casca das batatas obtiveram melhor desempenho em comparação com os outros testados pelo teste dinâmico. Segundo o protocolo de aprovação adotado, o extrato de resíduo de batata doce foi o único que conseguiu inibir de forma eficiente a formação de depósitos, no cenário mais brando, além de ser compatível com a água salina na concentração de 500 mg L- 1, demostrando um potencial promissor para atuação como inibidor verde. Enquanto os resíduos de batata, casca de batata e aipim se mostraram incompatíveis para a mesma concentração. Acredita-se que o melhor desempenho do extrato de resíduo de batata doce se deve pela presença de compostos fenólicos, principalmente subclasses do ácido clorogênico, na sua composição. Pelo teste de precipitação em batelada, o extrato de batata doce foi capaz de retardar o tempo de indução do CaCO3 em 51 minutos, na salmoura mais branda, além de diminuir a quantidade de sólido precipitado. E pelas imagens de MEV, DRX e infravermelho foi possível observar a estabilização do polimorfo vaterita e calcita, com deformação na sua estrutura, sugerindo uma adsorção dos componentes do resíduo na superfície cristalina e promovendo a inibição.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFRJMontalvão, Vinicius Tadeu Kartnallerhttp://lattes.cnpq.br/5998068116741300http://lattes.cnpq.br/2670935393696677Venâncio, Fabrício de Queirozhttp://lattes.cnpq.br/4479731384269052Rezende, Michelle Jakeline Cunhahttp://lattes.cnpq.br/8174906526130941Loureiro, Juliana Braga Rodrigueshttp://lattes.cnpq.br/8722351132929013Sousa, Jéssica de Oliveira2025-12-03T18:19:28Z2025-12-05T03:00:11Z2023-11-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisSOUSA, Jéssica de Oliveira. Avaliação de carboidratos presentes em resíduos agroindustriais como potenciais inibidores verdes de carbonato de cálcio para indústria de petróleo e gás.2023. 123 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.http://hdl.handle.net/11422/27806porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2025-12-05T03:00:11Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/27806Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2025-12-05T03:00:11Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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