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Título: Extração e caracterização de ácidos naftênicos por espectrometria de massas de altíssima resolução e exatidão (ESI-FT-ICR MS)
Autor(es): Colati, Keroly Alaíde Pascoal
Orientador: Castro, Eustáquio Vinicius Ribeiro de
Palavras-chave: Ácidos naftênicos
Espectroscopia no infravermelho
Data do documento: 9-Mar-2012
Resumo: Os ácidos naftênicos estão presentes nos óleos como uma mistura complexa que apresenta grande variação estrutural. Esses compostos estão associados a problemas de corrosão, formação de emulsões estáveis e depósitos indesejáveis. Uma forma clássica de se monitorar a acidez de petróleos é através do número de acidez total (NAT). O aumento do NAT é normalmente associado com a taxa de corrosão do óleo. Ácidos naftênicos podem ser obtidos a partir do óleo cru por processos de extração, como extração líquido/líquido com soluções alcalinas, extração sólido/líquido e outros. Métodos instrumentais de análise como a Espectroscopia no infravermelho (FTIR) e a Espectrometria de massas de altíssima resolução e exatidão acoplada a uma fonte de electrospray (ESI (-) FT-ICR MS) têm sido utilizados para caracterização de componentes ácidos em petróleos. Diante disso, o principal objetivo deste trabalho foi caracterizar ácidos naftênicos extraídos de duas amostras (AM1 e AM2) de petróleos com alto valor de NAT utilizando a técnica ESI (-) FT-ICR MS. Ácidos naftênicos foram extraídos por meio de soluções alcoólicas alcalinas de pH 7, 10 e 14. Foram realizadas análises de NAT nos óleos originais e residuais. Análises de ESI (-) FT-ICR MS e FTIR foram feitas nos óleos originais, residuais e frações ácidas obtidas. Após o processo de extração constatou-se uma redução do NAT de 92% para AM1 e 85% para AM2 ambas extraídas a pH 14. Pelos resultados de FTIR foi obtida a concentração de ácidos carboxílicos nas frações ácidas pelo aumento da absorção na região de 1706 cm-1. Observou-se também a presença de compostos nitrogenados pela absorção em 3380 cm-1. As análises ESI (-) FT-ICR MS mostraram que, para ambas as amostras de óleo, as espécies ácidas se concentram em uma região de m/z de 200 a 650 centrada em m/z 360, com distribuição de carbonos, aproximada, de C14-C46 e DBE = 2-14. A classe O2apresentou, majoritariamente, DBE na faixa de 3-5. Nos óleos residuais houve detecção de espécies O2 com DBE < 3 os quais não foram observados nos óleos originais. As classes N, NO2 e O2 foram as mais abundantes para todas as amostras em estudo. A classe N permanece nos resíduos e em menor proporção nas frações ácidas correspondentes a extração em pH 14. Sendo assim, o método de extração foi muito eficiente para a diminuição do teor de acidez total das amostras de óleo, bem como, a atribuição de massa molecular foi obtida com excelente exatidão possibilitando, assim, a caracterização muito satisfatória dos ácidos naftênicos presentes pela espectrometria de massas de altíssima resolução e exatidão acoplada a uma fonte de electrospray (ESI(-) FT – ICR MS).
Naphthenic acids are present in crude oil as a complex mixture of compounds with a wide structure variation. These compounds are mainly responsible for corrosion problems, formation of stable emulsions and unwanted deposits. The total acid number (TAN) is the classical way of monitoring the acidity in oils. TAN increase is usually associated with the oil corrosion rate. Naphthenic acids can be obtained from crude oils by procedures extraction such as liquid/liquid extraction with alkaline solutions, solid/liquid extraction and others. Instrumental methods of analysis such as Infrared Spectroscopy (FTIR) and Mass Spectrometry of high resolution accuracy coupled to electrospray source (ESI (-) FT-ICR MS) have been used for characterization of acidic components in petroleum. Thus, the main objective of this study was to characterize naphthenic acid extracted from two samples (AM1 and AM2) of oil with high NAT value using the technique ESI (-) FT-ICR MS. Naphthenic acids were extracted by alkaline alcoholic solutions of pH 7, 10 and 14. TAN analyses were performed in the original oil and residual. ESI (-) FT-ICR MS and FTIR analysis were made in the original oils, waste and acidic fractions. The extraction process was very satisfactory. The TAN reduction was of 92% for AM1 and AM285% for both extracted at pH 14. It was verified by FTIR analysis the concentration of carboxylic acids in acidic fractions by increase absorption in the region of 1706 cm-1. Is was also observed the presence of nitrogen compounds by absorption in 3380 cm-1. MS analysis showed that for both oil samples acidic species are concentrated in a range of m/z 200 to 650 centered in 360 Da. The O2 class carbon distribution is C14-C46 and DBE = 2-14. O2species contained in the oil samples showed mostly DBE in the range 3 to 4 with no change during extraction process. In waste oil sample AM1 was detection of species with DBE < 3 which were not detected in the original oil. N, NO2 and O2 class were the most abundant for all samples analyzed. N class remain in residual oil showing migration in low proportion for the acid fractions 14. Therefore, the extraction method was very efficient for reducing the total acidity of the oil samples, as well as the assignment of the molecular weight was obtained with excellent accuracy thus enabling very satisfactory characterization of naphthenic acids presents by ESI (-) FT-ICR MS.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/1951
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