Assessment of a raffia fiber-based biosorbent in hydrocarbon sorption

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2236117062673

Keywords:

Raffia fiber, Sorption, Hydrocarbons, Biosorbent

Abstract

Oil spills and discharges of petroleum products have severely polluted aquatic ecosystems, oceans, rivers, groundwater and even soil. In August 2019, more than 2,000 km of the northeast and southeast coast of Brazil were struck by a major oil spill in the country’s largest ever environmental disaster. Spill remediation is a significant environmental challenge and the economic and socioenvironmental impacts of these events are diverse. Oil spills in oceans and rivers severely affect the fishing and tourism industries of the areas in question, with damage including severe short and long-term effects on plants and animals, such as respiratory and digestive disorders, reduced growth and reproductive capacity as well as weakened immunity due to the bioaccumulation of toxic contaminants. There are several proposed strategies for removing crude oil and petroleum products from surface water. Contaminated areas can be remediated in-situ or ex-situ, with the former considered the best option in terms of cost and efficiency. In this respect, absorbent materials obtained from biomass have received widespread attention due to their ease of use, buoyancy and low cost. Raffia is a natural fiber abundant in eastern Africa with excellent physical properties, such as low specific weight, good liquid sorption and low conductivity. As such, the present study investigated the application of raffia fiber with different particle sizes (< 300 µm, 300 - 850 µm, 850 - 1000 µm, 1000 - 1400 µm and 1400 - 2000 µm) and fiber/hydrocarbon ratios (1, 2, 3 and 4% w/v) as an absorbent for hydrocarbons, using n-heptane as a model molecule. Microscopic analysis of micronized raffia fiber indicated the presence of honeycomb-shaped cells with well-defined borders and an irregular geometry. These honeycomb structures are preserved, especially in large particle size ranges. Among the granulometries assessed, the highest sorption capacities were obtained for 1000 to 1400 µm raffia fibers, suggesting that honeycomb-shaped structures favor hydrocarbon sorption. Additionally, the fact that smaller particles do not require micronization is economically beneficial and facilitates application of the absorbent material to remediate hydrocarbon-contaminated areas. The results obtained under the conditions studied indicate that sorption capacity increases as the absorbent content rises. Comparison of fiber contents of 1% and 3% w/v for 1000 - 1400 µm particles showed an increase of approximately 43% in sorption capacity when content rose to 3% w/v. The results of the present study demonstrate the potential of natural raffia fiber as an alternative absorbent for hydrocarbons.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Tomás Heineck Rodrigues Só e Silva, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Graduando em Engenharia Química pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.

Vitória Damaceno Bueno, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Graduanda em engenharia Química

Matheus Rodrigues de Andrade, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Graduando em Engenharia Química

Michele Oliveira Vieira, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Possui curso Técnico em Química pela Fundação Liberato Salzano Vieira da Cunha (2008). Graduada em Química Industrial e Licenciatura em Química pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS (2013). Graduada em Licenciatura em Química pela Universidade de Coimbra - Portugal (2013) na primeira turma do programa Licenciaturas Internacionais financiado pela Capes. Mestre (2015) e Doutora (2018) em Engenharia e Tecnologia de Materiais pela PUCRS). Possui experiencia em síntese de líquidos iônicos, catálise homogênea e heterogênea e captura de gases de efeito estufa. Atualmente faz pós-doutorado na PUCRS onde é pesquisadora de um projeto Petrobras intitulado "Avaliação de líquidos iônicos miscíveis em água para captura de CO2 em gás natural".

Wesley Formentin Monteiro, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Químico licenciado pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUCRS (2013), mestre e doutor em Engenharia e Tecnologia de Materiais pela PUCRS (2019), com experiência nas áreas de Química Inorgânica e Físico Química. Tem como especialidade o desenvolvimento de líquidos iônicos, materiais inorgânicos nanoestruturados e nanoestruturas híbridas. Entre as áreas de aplicação destes materiais, sua especialidade esta em processos de adsorção e catálise, focando principalmente no estudo de reações de conversão de gases poluentes, como dióxido de carbono e metano, além da utilização de métodos de química computacional para o estudo da reatividade de diferentes estruturas. Como segunda aplicação dos materiais nanoestruturados, tem realizado estudos na área da biomedicina, avaliando o potencial uso como um biomaterial anticancerígeno.

Jean de Dieu Briand Minsongui Mveh, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (1994), graduação em Transformação da Madeira - Lycée Technique de Douala (1987), mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1999), doutorado em Engenharia e Tecnologia de Materiais pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (2016), pós-doutorando em Engenharia e Tecnologia de Materiais pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Atualmente é gerente de manutenção - Viação Ouro e Prata e professor de engenharia - Laureate International Universities. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Engenharia Mecânica, atuando principalmente nos seguintes temas: Manutenção da Frota, Meio Ambiente, Materiais compósitos, Projetos de máquinas e Aeroespaciais, Pericia de equipamentos, Tratamentos de materiais.

Marta Kerber Schütz, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Graduada em Química Industrial e Licenciatura Plena em Química (2007) pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), possui mestrado em Engenharia e Tecnologia de Materiais (2010) pela mesma universidade e doutorado em Sciences de l'Environnement pela Aix-Marseille Université, França (2013). O seu trabalho de doutorado em biocorrosão foi realizado no Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA-Cadarache, França), tendo financiamento do projeto europeu BIOCOR ITN (Marie Curie Initial Training Network - EU FP7). Realizou pós-doutorado no Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM, França) em 2014-2015 na área de biossensores. Atualmente é professora adjunta da Escola Politécnica da PUCRS. Possui experiência na área de materiais, geoquímica e microbiologia, com foco nos seguintes temas: (bio)corrosão, sequestro geológico de CO2 e integridade de poços de petróleo e/ou gás, particularmente avaliando o desempenho de cimentos utilizados em poços sob condições supercríticas de CO2. Outra área de interesse inclui a remediação ambiental e novas fontes de energia. 

Jeane Estela Ayres de Lima, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1993), mestrado em Química pela UFRGS (1996) e doutorado em Ciências pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais pela UFRGS (2002). Atualmente é professora adjunto da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Cinética Química e Catálise, atuando principalmente nos seguintes temas: reciclagem de materiais, sequestro de carbono, biomassa e biocombustíveis.

Rosane Angélica Ligabue, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil

Possui graduação em Química Industrial pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1991), mestrado em Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1995) e doutorado em Química pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000). Possui pós-doutorado na Université de Bourgogne (2002). Atualmente é professor titular da Escola Politécnica e professor permanente do Programa de Pós-Graduação de Engenharia e Tecnologia de Materiais da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Tem experiência na área de química de materiais, com ênfase em compostos organometálicos, catálise e transformação de CO2 e CH4. Atua, principalmente, nos seguintes temas: materiais nanoestruturados inorgânicos e híbridos para aplicação em catálise e com atividade biológica, nanocompósitos poliméricos, reciclagem química de polímeros, líquidos iônicos, captura e transformação do CO2. 

References

ANNUNCIADO, T. R.; SYDENSTRICKER, T. H. D.; AMICO, S. C. Avaliação da capacidade de sorção de óleo cru de diferentes fibras vegetais. Anais do 3° Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás, Salvador, Brasil. 6p. 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7217.

CARVAJAL-BERNAL, A. M.; GÓMEZ-GRANADOS, F.; GIRALDO, L.; MORENO-PIRAJÁN, J. C. Influence of stacked structure of carbons modified on its surface on n-pentane adsorption. Heliyon, v.5, pp.1-25, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01156, 2019.

DOSHI, B.; SILLANPÄÄ, M.; KALLIOLA, S. A review of bio-based materials for oil spill treatment. Water Research, v.135, pp.262-277, https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.02.034, 2018.

FARIAS, RF. Introdução à Química do Petróleo. Rio de janeiro: Editora Ciência Moderna, 2008.

FOADIENG, E.; TALLA, P. K.; FOGUE, M.; MABEKOU, S.; SINJU, A. F. Contribution à l’étude de l’anatomie et des propriétés physiques du bambou de raphia vinifera (arecaceae). Revue Scientifique et Technique Forêt et Environnement du Bassin du Congo, v.3, pp.9-18, 2014.

FRANÇA, A. Obtenção e avaliação de um compósito usando fibra de caróa (neoglaziovia variegata) e matriz fenólica com pet pós-consumo. Campina Grande. Tese. Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Brasil. 135p, 2012.

FRANCO, J. P. F. Aproveitamento da fibra do epicarpo do coco babaçu em compósito de matriz de epóxi: estudo feito em tratamento da fibra. Natal. Dissertação. Centro de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós-graduação em Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil. 77p, 2010.

GREIF, S. Fauna atingida por acidentes ambientais envolvendo produtos químicos. Especialização. Curso de Especialização em Gerenciamento Ambiental, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Brasil. 278p, 2017.

LAZIM, A. M.; MUSBAH, D. L.; CHIN, C. C.; ABDULLAH, I.; MUSTAPA, H. A.; AZFARALARIFF, A. Oil removal from water surface using reusable and absorptive foams via simple fabrication of liquid natural rubber (lnr). Polymer Testing, v.73, pp.39-50, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.11.016, 2019.

MANN, G.; WENDL, H. Raphia hookeri, Protabase Affichage, Monpellier, Cedex, France, 2002.

MVEH, J. D. B. M. Desenvolvimento de compósitos com fibra natura de ráfia com propriedades termoacústicas. Tese. Programa de Pós-graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.163p, 2015.

NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION (NOAA). How do spills happen? Office of Response and Restoration, 2017. Disponível em: https://response.restoration.noaa.gov/training-and-education/education-students-and-teachers/how-do-spills-happen.html.

OLGA, R.; VIKTOR, R.; ALEXANDER, I.; ZINNUR, S.; ALEXANDRA, P. Adsorption of hydrocarbons using natural adsorbents of plant origin. Procedia Chemistry, v.15, pp.231-236, https://doi.org/10.1016/j.proche.2015.10.037, 2015.

OLIVEIRA, A. F.; LEÃO, A. P.; CARASCHI, J. C.; OLIVEIRA, L. C.; GONÇALVES, J. E. Características físico-químicas, energética e desempenho da fibra de coco na sorção de óleos diesel e biodiesel. Revista Energia na Agricultura, Botucatu, v.26, pp.1-13, 2011.

REDDY, C. M.; EGLINTON, T. I.; HOUNSHELL, A.; WHITE, H. K.; XU, L.; GAINES, R. B.; FRYSINGER, G. S. The west falmouth oil spill after thirty years: the persistence of petroleum hydrocarbons in marsh sediments. Environmental Science & Technology, v.36, pp.4754-4760, https://doi.org/10.1021/es020656n, 2002.

SUNI, S.; KOSUNEN, A. L.; HAUTALA, M.; PASILA, A.; ROMANTSCHUK M. Use of a by-product of peat excavation, cotton grass fibre, as a sorbent for oil-spills. Marine Pollution Bulletin, v.49, pp.916-921, https://doi: 10.1016 / j.marpolbul.2004.06.015, 2004.

XI. Z.; CHEN, B. Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous solution by raw and modified plant residue materials as biosorbents. Journal of Environmental Sciences, v.26, pp.737-748, https://doi: 10.1016 /s1001-0742(13)60501-x, 2014.

Downloads

Published

2020-12-04 — Updated on 2022-07-28

Versions

How to Cite

Silva, T. H. R. S. e, Bueno, V. D., Andrade, M. R. de, Vieira, M. O., Monteiro, W. F., Mveh, J. de D. B. M., Schütz, M. K., Lima, J. E. A. de, & Ligabue, R. A. (2022). Assessment of a raffia fiber-based biosorbent in hydrocarbon sorption. Revista Eletrônica Em Gestão, Educação E Tecnologia Ambiental, 24, e11. https://doi.org/10.5902/2236117062673 (Original work published December 4, 2020)

Most read articles by the same author(s)