Tensoativos

Tensoativos vêm sendo utilizados em diferentes etapas da indústria de petróleo, desde a perfuração de poços, separação de emulsões formadas entre a água e o óleo até a recuperação terciária de petróleo. Em fluidos de perfuração, os tensoativos podem agir como emulsificantes, espumantes, desespumantes, agentes modificadores de molhabilidade, detergentes, lubrificantes e inibidores de corrosão. Os tensoativos usados nos processos de recuperação avançada de petróleo pode agir de várias maneiras. Eles podem ser injetados em forma de solução, que é a injeção de solução de tensoativo; em misturas de polímeros e tensoativos; em misturas de substâncias alcalinas, tensoativos e polímeros ou sob a forma de espumas para controlar a mobilidade [58].

Tensoativos são agentes ativos cuja molécula consiste de duas partes de afinidades opostas, sendo uma de caráter hidrófilo, que é a parte polar da molécula, e outra de caráter hidrófobo, sendo a parte apolar do tensoativo.

Os tensoativos podem ser classificados de acordo com a natureza do seu grupamento hidrófilo. Tensoativos aniônicos exibem carga negativa quando dissolvidos em água, enquanto que os catiônicos exibem carga positiva; a porção hidrófila dos tensoativos não-iônicos não se ioniza de forma apreciável em soluções aquosas [8,9] A Tabela 2 mostra exemplos de cada tipo de tensoativo, identificando o caráter anfifílico dos mesmos.

Devido à tendência de se concentrar nas interfaces, os agentes tensoativos são capazes de reduzir a tensão interfacial entre os contaminantes orgânicos e a água e alterar a molhabilidade das rochas do subsolo. O tensoativo, durante a produção de óleo, tem a função de reduzir a tensão interfacial entre a água e o óleo, ampliando a eficiência de deslocamento [31].

Tabela 2: Exemplos dos diferentes tipos de tensoativos [40, 59, 60] Tipos de

tensoativos Nomes Estrutura

Aniônicos

- Dodecil sulfato de sódio (SDS) - Bis(2-etilhexil) sulfossuccinato sódico (Aerosol OT)

- Dihexadecil fosfato (DHF) CH3(CH2)11SO4-Na+ [CH3(CH2)3CH(C2H5)CH2OCO]2C HSO3-Na+ [CH3(CH2)15 O]2PO2 Catiônicos

- Brometo de cetiltimetil amiônio (CTAB)

- Brometo de

dodeciltrimetilamônio (DTAB) - Cloreto de cetilpiridino (CICP)

CH3(CH2)15N+(CH3)3Br- CH3(CH2)11N+(CH3)3Br- Não-iônicos - Polioxietileno (9-10) p-tercotil fenol (Triton X-100) - copolímero de poli(óxido de etileno-b-óxido de propileno) - Dodecanol (brij 35) CH3(CH2)11(OCH2CH2)23OH

Os tensoativos quando em solução aquosa, devido à presença do grupo lipofílico, ocupam preferencialmente a superfície do líquido, diminuindo a força de coesão entre as moléculas do solvente e, conseqüentemente, diminuindo a tensão superficial. Entretanto, após saturar a superfície, a adição de novas moléculas de tensoativo tem pouco efeito sobre o valor da tensão superficial, principalmente após

atingirem uma certa concentração crítica (CMC), onde se formam espontaneamente agregados moleculares de dimensões coloidais, chamados micelas [61].

A CMC depende da estrutura do tensoativo (tamanho da cadeia lipofílica) e das condições experimentais (força iônica, contra-íons, temperatura etc), sendo que as discussões sobre sua formação, as funções e as aplicações industriais são de extrema importância [61].

Na concentração micelar crítica (CMC), as moléculas orientam-se, agregam-se e formam estruturas em solução. Esta concentração dos tensoativos pode ser determinada através de mudanças bruscas no comportamento de algumas de suas propriedades físicas em solução, tais como, espalhamento de luz, viscosidade, condutividade elétrica, tensão superficial, pressão osmótica e capacidade de solubilização de substâncias orgânicas [40, 62].

A propriedade mais comumente usada na determinação da concentração micelar crítica é a tensão superficial. Esta propriedade surge nos líquidos como resultado do desequilíbrio entre as forças agindo sobre as moléculas da superfície em relação àquelas que se encontram no interior da solução. Existem vários métodos experimentais de determinação dos valores de tensão superficial, sendo quatro os métodos mais importantes: do anel, da placa, do ângulo de contato e da gota. Cada método é baseado em medidas distintas. O método do anel, baseado em medidas de força, é um dos mais utilizados devido a sua universalidade, precisão e simplicidade [63].

Muitos tensoativos se adsorvem na superfície sólida devido às interações eletrostáticas entre os sítios carregados na rocha e a carga da cabeça polar. A adsorção de tensoativo sobre superfícies é muito importante em muitas aplicações. As propriedades de um tensoativo originam-se da tendência de seu grupo hidrófobo ser forçado a se adsorver na água uma vez que se encontra ligado a um grupo hidrófilo. De acordo com a isoterma de adsorção de Gibbs (Equação 3), quando a tensão superficial de uma solução diminui com o aumento da concentração do soluto, significa que este soluto está adsorvido na interface água-ar. A partir dessa

isoterma, o cálculo da variação da tensão superficial em função da concentração conduz à determinação da massa de tensoativo adsorvida na superfície [63 -66].

Γa = − (1/RT) x (∂γ / ∂lnC2) T (Equação 3)

Onde Γa é a concentração de tensoativo na superfície (adsorção), γ é a tensão

superficial, C é a concentração da solução preparada, T é a temperatura na qual se realizou a medida e R a constante universal dos gases.

Com os valores de concentração de tensoativo na superfície, pode-se calcular a área ocupada por uma molécula nessa interface água–ar utilizando a equação 4.

A = 1/Γa NA (Equação 4)

Onde NA é o número de Avogadro.

Correlacionando-se as Equações 3 e 4, observa-se que quanto menor for a área ocupada por uma molécula de tensoativo na superfície da solução aquosa, menor será sua tensão superficial [64].

A tensão superficial exerce um papel muito importante na físico-química das superfícies. De acordo com a teoria de tensão interfacial, que mostra uma tendência de contração das moléculas de uma das fases na interface entre os dois líquidos, pode-se entender que quanto menor for a tensão interfacial, maior será a adsorção de materiais tensoativos na interface [66].