Made available in DSpace on 2018-08-01T21:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11824_Natã Carlos Lira Madeira.pdf: 3934576 bytes, checksum: 3446460b8bf031109c1ca2a28cc2e544 (MD5) Previous issue date: 2018-02-19 / Um dos maiores problemas encontrados durante o processamento e extração de petróleo é a deposição de asfaltenos, fenômeno que causa diversos prejuízos como o entupimento de poços e formação de danos na rocha reservatório. A literatura encontra-se dividida sobre a afirmação de que as resinas são capazes de diminuir a formação de agregados, devido a sua similaridade na estrutura química com os asfaltenos. Contudo, existem estudos que afirmam que as resinas não são capazes de atuarem como surfactantes e o fator que limita o tamanho do agregado seriam as interações de repulsão existentes entre os próprios asfaltenos. Em virtude dessa problemática, esse trabalho foi realizado para verificar a influência das resinas no tamanho dos agregados asfaltênicos formados. Para esse estudo, foram utilizadas 3 amostras de petróleo de diferentes origens e ºAPI, obtidas em território nacional e realizada a extração dos asfaltenos a partir da norma ASTM D6560-00. A extração de resinas ocorreu por cromatografia a partir da adaptação da norma ASTM D2549. Em seguida, foi realizado a caracterização das amostras por RMN de ¹H e ¹³C, ao qual permitiu verificar a arquitetura dos asfaltenos em questão e o teor de carbonos aromáticos, resultado que deduz a quantidade de anéis fundidos na amostra que é um fator relacionado com a estabilidade dos asfaltenos, devido a possibilidade de interações do tipo π-π stacking. Também, peor RMN de ¹H e ¹³C foi possível ter uma ideia da estrutura dos óleos e resinas. A verificação da influência das resinas no tamanho dos agregados ocorreu por meio da técnica DOSY, com experimentos realizados em tolueno deuterado em uma concentração de 5 % (m/m) de asfaltenos, adicionando 5 mg de resinas por três vezes, obtendo as massas de 5, 10 e 15 mg de resinas na solução contendo asfaltenos. Com os valores de difusão relativa medidos no experimento foi possível verificar que a amostra de menor ºAPI possuia um maior caráter aromático nos asfaltenos, mostrando agregados de maior tamanho e mais estáveis, tendo pouquíssima influência das resinas no tamanho dos agregados.Contudo as amostras de maior ºAPI apresentaram uma influência significativa no tamanho dos agregados a partir da adição de 10 mg de resinas, indicando a existência dessa influência no tamanho dos agregados, mas observando que para ocorrer tal influência, são necessárias as condições estruturais necessárias e compatíveis das resinas com seus respectivos asfaltenos.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:35:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6731_Thieres Magaive Costa Pereira.pdf: 16610207 bytes, checksum: 3903d33c2ebb3998f205ae5fa247a03f (MD5) Previous issue date: 2013-08-23 / O petróleo é uma mistura complexa, sendo uma das misturas mais desafiadoras para as análises químicas. Muitas técnicas são empregadas para a caracterização dos constituintes do óleo. Entretanto, quando combinamos o altíssimo poder de resolução e exatidão da espectrometria de massas, em especial a Ressonância Ciclotrônica de Íons com Transformada de Fourier, (FT-ICR MS) com fontes de ionização a pressão atmosférica, uma atribuição precisa demais de 20.000 compostos orgânicos do petróleo pode ser obtida. Na indústria do petróleo existe um grande interesse na análise de ácidos naftênicos e asfaltenos devido a problemas como corrosão e formação de depósitos, que aumentam os custos de produção. Portanto este trabalho tem como objetivo a avaliação da termodegradação de ácidos naftênicos, além do emprego das fontes de ESI, APCI, LDI e MALDI para aquisição de novos dados relativos a caracterização de asfaltenos. Dois petróleos foram utilizados nos ensaios de termodegradação, opetróleo A com acidez de 2,38 mg KOH g-1 e o petróleo B com 4,79 mg KOH g-1 os quais foram tratados a 280, 300 e 350 ºC pelo período de 2, 4 e 6 horas. De uma maneira geral, as principais classes identificadas para ambas as amostras foram O2, N e NO2, respectivamente. Uma leve redução do NAT e da abundância relativa referente à classe O2 foram observados em função da temperatura e do tempo de envelhecimento (T = 280 --> 300° C e t = 2 --> 6h), sendo que a temperatura de tratamento térmico a 350° C demonstrou-se determinante na remoção de compostos da classe O2. O perfil químico de amostras de asfaltenos brasileiros foi avaliado utilizando-se cinco diferentes métodos de ionização em ambos os modos de ionização: positivo e negativo, depois, a distribuição de peso molecular, distribuição de classe, parcelas típicas de número de carbono contra DBE e diagramas van Krevelen foram obtidos e discutidos. Um comportamento atípico foi observado para a fonte de LDI e MALDI (+_) FT-ICR MS. Um amplo perfil, de m/z 500-3000, apresentando espaçamento de 24 Da foi observado, e este corresponde a formas alotrópicas de fulereno, C60. Em geral, os asfaltenos apresentaram um elevada proporção de espécies heteroatómicas como: HC, HC [H], N, N [H], N2O, N2O [H], N2, N2 [H], O, O[H] para o modo(+) e N, N [H], NO, NO [H], NO, NO2[H], N2O, N2O[H] para o modo negativo. Nos diagramas de DBE contra o número de carbono, os asfaltenos mostraram para cada valor de DBE uma pequena amplitude de compostos com respeito à NC, proporcionando assim, imagens que formam uma linha de 45 ° entre os eixos CN e DBE. Isto indica que estes compostos não exibem grandes cadeias de alquílicas, sendo composta principalmente por anéis aromáticos. Em geral os diagramas de van Krevelen mostraram alta proporção de compostos com razão H/C ~0,7, corroborando com a existência de espécies altamente aromáticas.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:35:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6377_Emanuele Catarina da Silva Oliveira.pdf: 3491214 bytes, checksum: a53bb0d8ac630553c4065943ab4db316 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Os petróleos pesados têm despertado um crescente interesse das indústrias petroleiras ao redor do mundo. Com isso, os asfaltenos, moléculas conhecidas por sua baixa reatividade e alto peso molecular, têm recebido uma atenção especial nas ultimas décadas, devido aos problemas que causam durante o processamento do óleo. Buscando minimizar estes problemas, pesquisadores têm investido cada vez mais no conhecimento da estrutura molecular e estabilidade dos asfaltenos, no entendimento de suas propriedades físico-químicas e no desenvolvimento de metodologias que impeçam sua precipitação indesejada. Nas últimas décadas, a ressonância magnética nuclear (RMN) tem sido amplamente utilizada como ferramenta no estudo de petróleos e seus derivados. A obtenção de espectros de RMN de 1H e 13C permite a determinação direta de uma série de parâmetros estruturais, tais como a fração de carbonos aromáticos e de carbonos ligados em uma cadeia alquílica. O desenvolvimento de novas técnicas de NMR, como a espectroscopia de RMN ordenada pela difusão (DOSY), baseada na sequência de gradiente de campo pulsado (PFG), tem se mostrado uma excelente ferramenta na elucidação de misturas complexas. Nesta dissertação procurou-se identificar as diferenças observadas nos parâmetros moleculares médios dos asfaltenos provenientes de petróleos nacionais, bem como correlacioná-las com as propriedades físico-químicas do próprio asfalteno e do óleo de origem. Pretende-se, ainda, investigar e comparar os asfaltenos, a partir de dados de coeficiente de difusão, concentração desses compostos no óleo e forma de agregação. A extração e quantificação do teor de asfaltenos foram realizadas utilizando-se a norma ASTM6560-00 e a caracterização dos asfaltenos foi realizada através das técnicas analíticas de: análise elementar, espectrometria de absorção atômica, espectrometria de massas de alta resolução, RMN de 1H e 13C e, RMN DOSY. Foram observadas modificações significativas em praticamente todos os parâmetros estudados. No estudo do comportamento de agregação com a técnica RMN DOSY os asfaltenos foram diluídos em concentrações diferentes de tolueno deuterado e os espectros correlacionados com os seus respectivos estados de agregação. As propriedades de difusão se mostraram altamente dependentes da concentração e do tipo de óleo utilizado para a obtenção dos asfaltenos.

Submitted by Hora Fontes Nadja Maria (pospetro@ufba.br) on 2012-11-13T17:46:25Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoCYR.pdf: 3281722 bytes, checksum: 64f10f3087a32e1fa0cf089355c9c7aa (MD5) / Made available in DSpace on 2012-11-13T17:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoCYR.pdf: 3281722 bytes, checksum: 64f10f3087a32e1fa0cf089355c9c7aa (MD5) Previous issue date: 2012 / FAPESB / O desenvolvimento desta pesquisa faz parte dos projetos da Pós-Graduação em Geoquímica: Petróleo e Meio Ambiente – POSPETRO e está contemplada no âmbito da Rede Cooperativa em Recuperação de Áreas Contaminadas por Atividades Petrolíferas - RECUPETRO, estabelecida pelo Núcleo de Estudos Ambientais do Instituto de Geociênicas da Universidade Federal da Bahia - NEA/IGEO/UFBA. Nesta pesquisa, se fez um estudo teórico dos aspectos físico-geoquímicos dos asfaltenos e, do processo e informações geradas a partir da hidropirólise de asfaltenos. Além disso, este estudo avaliou o processo de separação e de limpeza dos asfaltenos obtidos a partir de duas amostras de arenitos impregnados de óleos (um arenito betuminoso da Fm. Parambóia da Bacia do Paraná e um arenito impregnado de óleo degradado da Fm. Ilhas ou Candeias da Bacia do Recôncavo). A geoquímica de asfaltenos permite obter informações correlacionáveis com as geradas em condições naturais, por uma rocha geradora, devido à semelhança geoquímica dos asfaltenos com o querogênio. A hidropirólise de asfaltenos é uma técnica de oxidação térmica usada amplamente em estudos geoquímicos para procurar entender os processos, reações e composições das estruturas complexas, como são os asfaltenos. As substâncias geradas durante o processo hidropirolítico servem para avaliar os parâmetros geoquímicos do óleo original e para definir estretégias tecnológicas e ambientais que melhorem a industrialização e manuseio de óleos com elevado conteúdo de asfalteno. / Salvador

Orientador: Fábio Cesar Gozzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Koolen_HectorHenriqueFerreira_D.pdf: 16550075 bytes, checksum: 0fafb8ced0640f9080c108d7cb303ac4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A espectrometria de massas (MS) consiste no estudo de íons na fase gasosa. O grande salto na utilização da MS devido ao desenvolvimento dos métodos de ionização por eletrospray (ESI), por J. B. Fenn e ionização/dessorção a laser auxiliada por matriz (MALDI) por M. Karas e F. Hillenkamp no final da década de 80 abriu espaço para o desenvolvimento de novos equipamentos, desta forma expandindo em muito a capacidade de análise de diversos analitos. Misturas complexas constituem um desafio até hoje, onde diversas técnicas são empregadas com o objetivo de se entender a constituição destas matrizes. Neste contexto a MS vêm sendo utilizada em conjunto com a mobilidade iônica (IM) em estudos com diversos analitos, como por exemplo, em proteômica e petroleômica. Este trabalho é constituído por dois capítulos, onde na primeira parte as técnicas foram utilizadas em experimentos de proteômica estrutural por meio de ligação cruzada. Estudos Fundamentais foram conduzidos de modo a serem exploradas as misturas complexas de peptídeos provenientes de experimentos utilizando-se uma classe pouco explorada de reagentes de ligação cruzada (imidoésteres). Para o segundo capítulo a mesmas técnicas foram utilizadas nas análises da fração pesada (asfaltenos) de petróleos brasileiros. A simplificação das amostras juntamente com a caracterização estrutural destes compostos por meio de suas sessões de choque de colisão (CCS) constituiu a estratégia de análise para este capítulo. Como resultados da primeira parte têm-se o estabelecimento das rotas de fragmentação de peptídeos modificados pelo reagente de ligação cruzada dimetil suberoimidato e a aplicação do mesmo em experimentos com sistemas proteicos reais. A IM foi aplicada de modo a se separar as espécies geradas após os experimentos reacionais dos peptídeos não modificados por meio de seus estados de carga o que possibilitou, uma rápida e simplificação deste tipo de mistura. Como resultados da segunda parte desta tese a IM foi empregada na caracterização das CCS de compostos modelo de asfaltenos e posteriormente em íons representativos da fração pesada. Os resultados foram validados mediante cálculos teóricos e espectrometria de massas de ultra-alta resolução. Os dados obtidos vão de encontro com os modelos de estruturas de arquitetura do tipo ilha previstos no modelo de Yen-Mullins, constituindo desta forma o primeiro estudo estrutural de asfaltenos usando-se estas técnicas combinadas / Abstract: Mass spectrometry (MS) constitutes the study of ions in the gas-phase, being the structural elucidation the main application of MS. With the development of ionization techniques such as electrospray (ESI), by J. B. Fenn and matrix assisted laser desorption by M. Karas and F. Hillenkamp in the later 80¿s allowed the development of new instruments, providing an expansion of the array of analytes suitable for MS analysis. Complex mixtures constitute a challenge nowadays, where diverse techniques are employed with the objective of understanding the chemical composition of such matrixes. In this sense MS have been used along with ion mobility (IM) in the study of different analytes (e.g. in Proteomics and Petroleomics). This works comprises two chapters, where in the first one the techniques were applied in structural proteomics by means of chemical cross-linking experiments. Fundamental studies were carried to explore complex mixtures of tryptic peptides after experiments with imidoesters reagents. For the second chapter the same techniques were applied in the analysis of the polar fraction of Brazilian petroleum¿s (asphaltenes), where beyond separations an structural study was carried out to verify the existing models regarding asphaltene structure. As results of the chapter 1 the behavior at the gas-phase of the peptides upon dissociation techniques was elucidated (fragmentation studies). The validation of imidates as cross-linking reagents was performed to real proteins. IM was applied to separate different charge states created by the modified peptides generated by the imidate reagent. As results from the second chapter IM was successfully applied, were the comparison with model compounds was done employing also other MS techniques such as ultra-high resolution (UHR) MS. The findings of this chapter reinforce the Yen-Mullins model that describes asphaltenes as compounds possessing island structures / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Asfaltenos são constituídos de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos que fazem parte de uma das classes de compostos químicos mais poluentes e carcinogênicos. São bem conhecidos por formarem inscrutações que obstruem tubulações, podendo até levar ao fechamento do poço. Estes podem constituir até 20% do petróleo, que ainda remanesce o principal recurso de energia usado em nosso planeta. Atualmente são convertidos em asfalto e coque durante o processo de refino, através de destilação destrutiva, exigindo altas temperaturas e emitindo compostos de enxofre na atmosfera. No entanto, sua conversão em matérias-primas mais valiosas e produtos menos poluentes, por exemplo, por craqueamento fotocatalítico ou oxidativo poderia ser uma opção mais limpa e econômica. A nanotecnologia vem sendo incorporada nas pesquisas com petróleo pelas contribuições positivas que acrescenta tanto do ponto de vista econômico como ambiental, assim como através do melhoramento e recuperação de óleos pesados. Os nanomateriais em geral possuem a vantagem de ter maior grau de dispersão e propriedades diferenciadas em relação ao bulk. Neste trabalho estudaram-se as interações entre os asfaltenos e diferentes nanomateriais com propriedades magnéticas, ópticas e eletrônicas extraordinárias, como as nanopartículas de óxido de ferro (Nmag), os híbridos de nanopartículas de ouro com óxido de grafeno reduzido (RGO@AuNP) e os nanobastões de ouro (AuNRs) respectivamente. As interações entre asfaltenos e Nmags com diferentes ligantes passivantes (C8H20O4Si e C6H17NO3Si) foram feitas através da construção de isotermas e experimentos de adsorção,revelando os tipos de ligação que ocorrem entre esses materiais, cobertura e a capacidade adsortiva. O recobrimento da nanopartícula e a concentração de asfalteno influenciam na adsorção, sendo a interação mais forte com as Nmags livres, indicando coordenação do ferro nos substituintes dos anéis aromáticos do asfalteno, tendo cobertura por monocamada. As Nmags funcionalizadas interagem por forças intermoleculares com os asfaltenos, apresentando cobertura por multicamadas. Em altas concentrações de asfalteno em tolueno, a adsorção foi mais efetiva para as Nmags funcionalizadas, pois a coordenação com o ferro é dificultada devido a formação de micela reversa, prevalecendo as interações hidrofóbicas. Houve uma drástica redução na temperatura de craqueamento dos asfaltenos na presença das Nmags, em mais de 100ºC, demonstrando seu potencial na catálise oxidativa de asfaltenos. As interações dos materiais RGO@AuNP e AuNR em filmes com asfalteno foram investigadas por microscopia hiperespectral de campo escuro. Como resultado observou-se o deslocamento e o alargamento da banda de espalhamento no espectro eletrônico, indicando a ocorrência de transferência de carga entre as espécies. A partir disso, realizaram-se fotocatálises com o RGO@AuNP à temperatura ambiente sob luz visível, utilizando o 9-antraldeído como composto modelo para o asfalteno. A reação levou à formação de endoperóxidos cíclicos, que sofreram clivagens com 90% de rendimento. Por ultimo, realizou-se um estudo mecanístico utilizando um sensor fluorogênico de espécies reativas de oxigênio (ROS) para avaliar a atividade fotocatalítica do RGO@AuNP. Mostrou-se que ocorrem transferências de elétrons fotoinduzidas da AuNP para o RGO em uma escala de tempo de ~11 fs, com eficiência quântica de ~35% e que radicais superóxidos (O2•-) podem ser gerados pelos efeitos sinérgicos da fotoexcitação do híbrido. / Asphaltenes are composed by polycyclic aromatic hydrocarbons that belong to one of the most polluting and carcinogenic chemical classes. They are well known for forming hard scales that obstruct pipelines and may even lead to the well shut down. They can constitute up to 20% of petroleum, which still remains the main source of energy used in our planet. At the present time, asphaltenes are converted into asphalt and coke by destructive distillation, in spite of the high cost and polluting technology involved, which employs high temperatures and releases sulfur compounds into the atmosphere. However, their conversion into more valuable raw materials, for instance, by photocatalytic or oxidative cracking using suitable catalysts, would be a better, more economic option. In recent years, nanotechnology has been incorporated into oil research, opening new economic and environmental perspectives, including the improvement and recovery of heavy oils. In general, nanomaterials have the advantage of being better dispersed and exhibiting differentiated properties in relation to the bulk. In this study the interactions between asphaltenes and different nanomaterials exhibiting remarkable magnetic, optical, and electronic properties, such as iron oxide nanoparticles (Nmag), hybrids of gold nanoparticles with reduced graphene oxide (RGO@AuNP) and the gold nanorods (AuNRs) respectively were investigated. The interactions between asphaltenes and Nmags with different surface-passivating ligands (C8H20O4Si and C6H17NO3Si) were made by performing isotherms curves and adsorption tests, revealing the types of binding between these materials, their coverage and the adsorptive capacity. The nanoparticle coating and the asphaltene concentration influence the adsorption. Theinteraction was stronger using the free Nmag, indicating coordination of the iron with the aromatic rings of the asphaltene, having a monolayer cover. Functionalized Nmags interact by intermolecular forces with asphaltenes, having a multilayer coverage. At high concentrations of asphaltene in toluene, the adsorption was more effective for the functionalized Nmags, since the coordination with the iron was hampered due to the formation of reverse micelle, prevailing the hydrophobic interactions. There was a drastic reduction in the asphaltene cracking temperature in the presence of Nmags, bigger than 100ºC, showing its potential on the oxidative catalysis of asphaltenes. The interactions of RGO@AuNP and AuNR materials with asphaltene films were investigated by dark field hyperspectral microscopy. As a result there was a shift and a broadening of the band in the electronic spectrum, indicating the occurrence of charge transfer between the species. From this, photocatalysis were performed with the RGO@AuNP, at room temperature, under visible light, using 9-antraldehyde (9-ATA) as a model compound for asphaltene. The reaction leads to the formation of cyclic endoperoxides that undergo further reactions, resulting in their cleavage, with 90% yield for the 9-ATA degradation. Finally, a mechanistic study was carried out using a fluorogenic sensor of reactive oxygen species to evaluate the photocatalytic activity of RGO@AuNP. It was showed that photoinduced electron transfer from AuNP to RGO can occur in ~11 fs time scale, with a quantum yield of ~35%, and superoxide radicals anions (O2•-) can be generated by synergistic effects after the hybrid photoexcitation.

Asfaltenos são constituídos de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos que fazem parte de uma das classes de compostos químicos mais poluentes e carcinogênicos. São bem conhecidos por formarem inscrutações que obstruem tubulações, podendo até levar ao fechamento do poço. Estes podem constituir até 20% do petróleo, que ainda remanesce o principal recurso de energia usado em nosso planeta. Atualmente são convertidos em asfalto e coque durante o processo de refino, através de destilação destrutiva, exigindo altas temperaturas e emitindo compostos de enxofre na atmosfera. No entanto, sua conversão em matérias-primas mais valiosas e produtos menos poluentes, por exemplo, por craqueamento fotocatalítico ou oxidativo poderia ser uma opção mais limpa e econômica. A nanotecnologia vem sendo incorporada nas pesquisas com petróleo pelas contribuições positivas que acrescenta tanto do ponto de vista econômico como ambiental, assim como através do melhoramento e recuperação de óleos pesados. Os nanomateriais em geral possuem a vantagem de ter maior grau de dispersão e propriedades diferenciadas em relação ao bulk. Neste trabalho estudaram-se as interações entre os asfaltenos e diferentes nanomateriais com propriedades magnéticas, ópticas e eletrônicas extraordinárias, como as nanopartículas de óxido de ferro (Nmag), os híbridos de nanopartículas de ouro com óxido de grafeno reduzido (RGO@AuNP) e os nanobastões de ouro (AuNRs) respectivamente. As interações entre asfaltenos e Nmags com diferentes ligantes passivantes (C8H20O4Si e C6H17NO3Si) foram feitas através da construção de isotermas e experimentos de adsorção,revelando os tipos de ligação que ocorrem entre esses materiais, cobertura e a capacidade adsortiva. O recobrimento da nanopartícula e a concentração de asfalteno influenciam na adsorção, sendo a interação mais forte com as Nmags livres, indicando coordenação do ferro nos substituintes dos anéis aromáticos do asfalteno, tendo cobertura por monocamada. As Nmags funcionalizadas interagem por forças intermoleculares com os asfaltenos, apresentando cobertura por multicamadas. Em altas concentrações de asfalteno em tolueno, a adsorção foi mais efetiva para as Nmags funcionalizadas, pois a coordenação com o ferro é dificultada devido a formação de micela reversa, prevalecendo as interações hidrofóbicas. Houve uma drástica redução na temperatura de craqueamento dos asfaltenos na presença das Nmags, em mais de 100ºC, demonstrando seu potencial na catálise oxidativa de asfaltenos. As interações dos materiais RGO@AuNP e AuNR em filmes com asfalteno foram investigadas por microscopia hiperespectral de campo escuro. Como resultado observou-se o deslocamento e o alargamento da banda de espalhamento no espectro eletrônico, indicando a ocorrência de transferência de carga entre as espécies. A partir disso, realizaram-se fotocatálises com o RGO@AuNP à temperatura ambiente sob luz visível, utilizando o 9-antraldeído como composto modelo para o asfalteno. A reação levou à formação de endoperóxidos cíclicos, que sofreram clivagens com 90% de rendimento. Por ultimo, realizou-se um estudo mecanístico utilizando um sensor fluorogênico de espécies reativas de oxigênio (ROS) para avaliar a atividade fotocatalítica do RGO@AuNP. Mostrou-se que ocorrem transferências de elétrons fotoinduzidas da AuNP para o RGO em uma escala de tempo de ~11 fs, com eficiência quântica de ~35% e que radicais superóxidos (O2•-) podem ser gerados pelos efeitos sinérgicos da fotoexcitação do híbrido. / Asphaltenes are composed by polycyclic aromatic hydrocarbons that belong to one of the most polluting and carcinogenic chemical classes. They are well known for forming hard scales that obstruct pipelines and may even lead to the well shut down. They can constitute up to 20% of petroleum, which still remains the main source of energy used in our planet. At the present time, asphaltenes are converted into asphalt and coke by destructive distillation, in spite of the high cost and polluting technology involved, which employs high temperatures and releases sulfur compounds into the atmosphere. However, their conversion into more valuable raw materials, for instance, by photocatalytic or oxidative cracking using suitable catalysts, would be a better, more economic option. In recent years, nanotechnology has been incorporated into oil research, opening new economic and environmental perspectives, including the improvement and recovery of heavy oils. In general, nanomaterials have the advantage of being better dispersed and exhibiting differentiated properties in relation to the bulk. In this study the interactions between asphaltenes and different nanomaterials exhibiting remarkable magnetic, optical, and electronic properties, such as iron oxide nanoparticles (Nmag), hybrids of gold nanoparticles with reduced graphene oxide (RGO@AuNP) and the gold nanorods (AuNRs) respectively were investigated. The interactions between asphaltenes and Nmags with different surface-passivating ligands (C8H20O4Si and C6H17NO3Si) were made by performing isotherms curves and adsorption tests, revealing the types of binding between these materials, their coverage and the adsorptive capacity. The nanoparticle coating and the asphaltene concentration influence the adsorption. Theinteraction was stronger using the free Nmag, indicating coordination of the iron with the aromatic rings of the asphaltene, having a monolayer cover. Functionalized Nmags interact by intermolecular forces with asphaltenes, having a multilayer coverage. At high concentrations of asphaltene in toluene, the adsorption was more effective for the functionalized Nmags, since the coordination with the iron was hampered due to the formation of reverse micelle, prevailing the hydrophobic interactions. There was a drastic reduction in the asphaltene cracking temperature in the presence of Nmags, bigger than 100ºC, showing its potential on the oxidative catalysis of asphaltenes. The interactions of RGO@AuNP and AuNR materials with asphaltene films were investigated by dark field hyperspectral microscopy. As a result there was a shift and a broadening of the band in the electronic spectrum, indicating the occurrence of charge transfer between the species. From this, photocatalysis were performed with the RGO@AuNP, at room temperature, under visible light, using 9-antraldehyde (9-ATA) as a model compound for asphaltene. The reaction leads to the formation of cyclic endoperoxides that undergo further reactions, resulting in their cleavage, with 90% yield for the 9-ATA degradation. Finally, a mechanistic study was carried out using a fluorogenic sensor of reactive oxygen species to evaluate the photocatalytic activity of RGO@AuNP. It was showed that photoinduced electron transfer from AuNP to RGO can occur in ~11 fs time scale, with a quantum yield of ~35%, and superoxide radicals anions (O2•-) can be generated by synergistic effects after the hybrid photoexcitation.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-05T13:14:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Verônica Vale Carvalho - 2016.pdf: 3350706 bytes, checksum: a2b65a96388e547cf16aa0fd45a20f7f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-05T13:17:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Verônica Vale Carvalho - 2016.pdf: 3350706 bytes, checksum: a2b65a96388e547cf16aa0fd45a20f7f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-05T13:17:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Verônica Vale Carvalho - 2016.pdf: 3350706 bytes, checksum: a2b65a96388e547cf16aa0fd45a20f7f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Heavy oil fractions studies are of great importance for the oil industry, receiving special attention in recent decades due to the interest to meet them in order to obtain compounds with higher added value derived from this. Moreover, these studies also aim solutions to the problems caused by these fractions during all processing steps oil. Asphaltenes in NMP produces two fractions, a soluble and the other insoluble in NMP. It was suggested that the NI fraction present low content of aromatic compounds, opening a new debate on the composition of asphaltenes which are widely discussed in the literature as aromatic and polar compounds. In the present work is the chemical study of these asphaltenes fractions by mass spectrometry of high resolution mass and accuracy, making use of the resonance cyclotron Ion Fourier Transform (FT-ICR MS) associated with the source of atmospheric pressure ionization - ESI (electrospray ionization), infrared, fluorescence and 1H NMR. The infrared analysis, 1H NMR and Fluorescence made it possible to observe differences among samples, where NS fraction had higher amounts of heteroatoms present and a higher percentage of aromatic hydrogens and NI fraction is nonpolar in the presence of increasing amounts of alkyl and naphthenic hydrocarbons. The results of FT-ICR MS corroborated with the other results, showing that the NS fractions showed high proportion of heteroatomics species and higher DBE values compared NI fractions exhibited predominantly hydrocarbon compounds and derisory amounts of heteroatoms and also insignificant quantities compounds of DBE values different from zero. / Os estudos das frações pesadas do petróleo são de grande importância para a indústria petrolífera, recebendo atenção especial nas últimas décadas devido ao interesse em conhecê-las visando a obtenção de compostos com maior valor agregado oriundos desta. Por outro lado, estes estudos também objetivam soluções para os problemas causados por essas frações durante todas as etapas de processamento do petróleo. Os asfaltenos em NMP produzem duas frações, uma solúvel e outra insolúvel em NMP. Foi sugerido que a fração NI apresente baixo teor de compostos aromáticos, abrindo um novo debate sobre a composição dos asfaltenos que são largamente discutidos na literatura como compostos aromáticos e polares. No presente trabalho realizou-se o estudo químico destas frações de asfaltenos por espectrometria de massas de altíssima resolução e exatidão, fazendo uso da Ressonância Ciclotrônica de Íons com Transformada de Fourier, (FT-ICR MS) associada com a fonte de ionização a pressão atmosférica – ESI (ionização por electrospray), infravermelho, fluorescência e RMN de 1H. As análises de infravermelho, RMN de 1H e fluorescência, possibilitaram observar as diferenças existentes entre as amostras, onde a fração NS apresentou maiores quantidades de heteroátomos presentes e maior porcentagem de hidrogênios aromáticos e a fração NI se mostrou apolar com a presença de maiores quantidades de hidrocarbonetos alquílicos e naftênicos. Os resultados de FT-ICR MS corroboraram com os demais resultados, evidenciando que, as frações NS apresentaram elevada proporção de espécies heteroatômicas e maiores valores de DBE quando comparadas as frações NI que exibiram predominância de compostos hidrocarbonetos e quantidades irrisórias de heteroátomos e também quantidades insignificantes de compostos com valores de DBE diferentes de zero.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leydy Daiana Frazao da Silva.pdf: 3169054 bytes, checksum: 7722a9e052abaed32aab639ad8ea0af9 (MD5) Previous issue date: 2011-04-08 / Oil is a complex mixture whose composition and properties vary according to their origin and composition. Changes in pressure and temperature during production operations and processing can compromise the phase equilibrium of this mixture, resulting in the formation of solid precipitates. The deposition of these fractions can cause blockage of the reservoir and the drainage ducts causing damage to equipment and interfere with the quality of oil produced. Among the major heavy fractions with potential for the formation of deposits are asphaltenes. To treat this problem of asphaltene deposition is necessary to know more about their behavior in different oil samples. To obtain information of these precipitates Near Infrared spectroscopy coupled with Fourier transform was used to determine the onset of asphaltene precipitation in Brazilian petroleum, then these values beginning of precipitation were used to calculate the solubility parameters of the samples, the use of near infrared targets the improvement in the experimental determination of the start point of asphaltene precipitation obtained previously by optical microscopy. The results of solubility parameter obtained by the two techniques were compared. / O petróleo é como uma mistura complexa cuja composição e propriedades variam conforme a sua origem e composição. A deposição dos asfaltenos, frações pesadas do petróleo, durante a prospecção, transporte e processamento são indesejáveis devido aos enormes prejuízos que podem causar. Para compreender o problema de deposição dos asfaltenos é necessário o conhecimento melhor sobre seu comportamento nas diferentes amostras de petróleo. Visando obter mais informações desses precipitados, a Espectroscopia de Infravermelho Próximo acoplada à transformada de Fourier foi utilizada para determinar o ponto de início de precipitação (IP) dos asfaltenos em petróleos brasileiros. Posteriormente, esses valores de inicio de precipitação foram usados para calcular os parâmetros de solubilidade das amostras analisadas. A utilização do infravermelho próximo visa o aprimoramento na determinação experimental do ponto de início de precipitação dos asfaltenos, até então obtido por microscopia óptica. Os resultados mostraram que o ponto de início de precipitação e o parâmetro de solubilidade podem ser obtidos utilizando todo o espectro completo de absorbância, ao invés de utilizar apenas os dados do comprimento de onda de 1600 nm, usualmente empregado na literatura.

A decomposição térmica dos asfaltenos é a principal responsável pela formação de coque no processamento de petróleos. O fenômeno não é claramente entendido, pelas dificuldades ainda existentes na caracterização de tais componentes pesados do óleo. Este trabalho apresenta informações sobre os produtos da decomposição térmica dos asfaltenos isolados de um petróleo da Bacia de Campos, maior bacia produtora de petróleo no Brasil. A abordagem envolveu: 1) estudos da decomposição térmica dos asfaltenos por termogravimetria (TG) em condições controladas; 2) caracterização dos produtos voláteis dessa decomposição por termogravimetria acoplada à cromatografia gasosa e espectrometria de massas (TG/DTA-CG-EM) e 3) caracterização dos produtos sólidos obtidos em diferentes temperaturas pela reação de oxidação catalisada pelo íon rutênio (RICO) que converte seletivamente alquil aromáticos em ácidos alcanóicos. A decomposição térmica dos asfaltenos foi estudada por termogravimetria. Os asfaltenos se decompõem drasticamente entre 320 e 650ºC produzindo 54% de produtos voláteis e 46% de coque. O material volátil liberado dos asfaltenos a 700°C foi analisado por TG/DTA acoplado a CG-EM. Foi identificada uma série de alcanos contendo de C3 a C10. Esse resultado causou grande surpresa, pois na análise da pirólise de diferentes asfaltenos são observados alcanos com maior número de átomos de carbono. Outro experimento foi realizado, agora em duas etapas: coleta do material volátil e injeção desta no sistema GC-EM. Desta vez foi possível identificar a série homóloga de alcanos de C11 até C33. Para o maior conhecimento da decomposição térmica dos asfaltenos, foram obtidos, em escala preparativa, produtos sólidos de decomposição térmica destes nas temperaturas de 320, 380, 400, 440, 480, 550 e 580°C. As análises realizadas nesses produtos - elementar, espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de carbono 13 no estado sólido - indicaram que quanto maior a temperatura de obtenção dos produtos sólidos, menor é o conteúdo de hidrogênio e carbono alifático. Os asfaltenos e os seus produtos de pirólise foram submetidos a reação de oxidação seletiva. Os ácidos gerados foram metilados para análise por CG-EM. Nos asfaltenos e nos produtos obtidos a 320, 380, 400 e 440°C foram identificados ésteres metílicos lineares que indicaram a presença de hidrocarbonetos alifáticos contendo de 5 a 25 átomos de carbono, ésteres metílicos de ácidos dicarboxílicos que indicaram a presença de pontes alquilicas entre os grupamentos aromáticos contendo de 3 a 15 átomos de carbono e alguns ésteres metílicos de ácidos benzenodicarboxílicos. Comparando-se o teor total desses ésteres metílicos presentes em cada produto de reação, foi verificado que a concentração dos ésteres metílicos lineares diminui lentamente a 320, 380, 400ºC, e drasticamente a partir de 400ºC. O mesmo ocorrendo com os ésteres dos ácidos dicarboxílicos e benzeno dicarboxílicos, em menor concentração que os ésteres metílicos lineares. / The thermal decomposition of asphaltenes is mainly responsible for the formation of coke in petroleum processing. The phenomena involved are not clearly understood, due to the difficulties in characterizing such heavy components. This research reports the application of thermal analysis techniques to study the thermal behavior of asphaltenes from Brazilian oil (Campos Basin). The approach involves: 1) studies of the thermal decomposition of asphaltenes under controlled conditions by thermogravimetry (TG); 2) characterization of volatile fractions by thermogravimetry and differential thermal analysis coupled with gas chromatography and mass spectrometry (TG/DT-GC-MS); 3) solid products from the thermal decomposition of asfaltenes where subjected to ruthenium (VIII) ion catalyzed oxidation reaction (RICO) that converts selectively and efficiently, alkyl aromatics to alkanoic acids. Thermogravimetry was used to study the asphaltenes thermal decomposition. The asphaltenes drastically decomposes from 320 to 650ºC to produce 54% of volatile products and 46% of coke. The volatile products of the asphaltenes at 700ºC were done by TG/DTA coupled to GC-MS. The volatile material was identified as a series of straight chain of normal alkyl ranging from C3 to C10. This result indicated limitations of the apparatus employed n-alkyl chains longer than these were expected. However, it worked well for lighter components. Another experiment, in which gaseous products from pyrolysis procedure were recovered by bubbling in CH2Cl2, accounted for the heavier components. The solution obtained this time can be analyzed by syringe injection in a CG-MS. The majority of the volatile material is constituted of straight chain alkanes ranging from C13 to C33. Knowing more about the thermal decomposition conversion of asphaltenes, the solid pyrolysis products of them were obtained in larger quantities at 320, 380, 400, 440, 480, 550 e 580ºC. They were characterized by elemental analysis and solid state 13C nuclear magnetic resonance. It was observed that at higher pyrolysis temperatures, lower the hydrogen and aliphatic carbon contents were obtained for the solid products. So, to improve knowledge on these systems, asphaltenes and their solid products from thermal decomposition were oxidized with ruthenium (VIII) ion. The acids formed were mixed with excess of ethereal diazomethane and submitted to GC-MS in order to identify the correspondent methyl esters. It was observed three homologous series: methyl esters of linear carboxylic acids ranging from C6 to C27, corresponding to chain alkyl length from C5 to C26 substituent on aromatic carbon; small amounts of dimethyl esters were also present in a homologous series, ranging from C5 to C17 indicating bridge polymethylenes between aromatics from C3 to C15 and benzene dicarboxilic acids from C10 to C12. The total content of methyl ester of each reaction products was compared. It was observed that the linear esters content decreased slowly at a 320, 380, 400°C and drastically up to 400ºC. The same occurred with the dimethyl aliphatic esters and dimethyl benzyl esters.