[en] STUDY OF THE BEHAVIOR OF THE METALS LEAD AND MERCURY IN THE PRESENCE OF 1-DODECANETHIOL AND HEXANOIC ACID IN HYDROCARBONS MATRIX

• Main Author: MONICA MARIA JORGE VINHOZA
• Other Authors: JUDITH FELCMAN
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2005
• Subjects: [pt] MERCURIO; [en] MERCURY; [pt] ACIDO HEXANOICO; [en] HEXANOIC ACID; [pt] COMPOSTOS HETEROATOMICOS; [en] HETEROATOMIC COMPOUNDS; [pt] DEGRADACAO DE COMBUSTIVEIS; [en] FUEL DEGRADATION
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=6953@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=6953@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.6953

[pt] Os combustíveis constituem um grupo de extrema importância para a economia de cada país. Alterações nas suas propriedades químicas e físicoquímicas podem ocorrer devido a reações químicas no meio, comprometendo assim, a qualidade do produto, o que não é desejável. Um dos fatores que influenciam na estabilidade desses combustíveis é a presença de metais, provenientes do contato com os componentes metálicos de todo o sistema de produção, distribuição e estocagem, que agem como catalisadores dessas reações. Como os mecanismos de degradação são complexos, o estudo dessas reações é de grande importância, para um melhor entendimento das causas de instabilidade dos combustíveis. Por isso este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento dos metais chumbo e mercúrio, em seus diversos estados de oxidação, juntamente com compostos heteroatômicos presentes nos combustíveis utilizando o óleo mineral como matriz de hidrocarbonetos com alto teor de pureza. Para realização deste trabalho foram escolhidos o 1-dodecanotiol e o ácido hexanóico como referência dos principais compostos de enxofre - mercaptans - e ácidos carboxílicos existentes nos combustíveis. Os metais foram adicionados na forma elementar (Pb°/Hg°) e como óxidos (PbO e PbO2/HgO). Inicialmente foram realizados testes combinando os metais e seus óxidos com cada um desses dois compostos puros e com a mistura dos dois. Depois amostras foram preparadas adicionando-se ao óleo mineral essas combinações, utilizando uma concentração suficiente de mercaptan e uma acidez correspondente a dos combustíveis. Essas amostras foram monitoradas durante 1 ano (Pb) e 6 meses (Hg) para observar qualquer alteração nas concentrações inicialmente adicionadas. Todos os métodos analíticos utilizados no monitoramento, com exceção do de acidez forte, já estavam validados. Devido à sua importância, o método de acidez forte foi validado neste trabalho, para assim confirmar estatisticamente, a confiabilidade do método. Os resultados obtidos na validação do método de acidez forte confirmam que as condições indicadas são as melhores. No caso do Pb, os testes iniciais mostraram que este metal reage com os compostos adicionados, com exceção do PbO2, que não mostrou nenhuma alteração quando em contato com o ácido. Já nas amostras de óleo mineral foram observados, em alguns casos, alterações nas concentrações de mercaptan, dissulfeto e acidez total na solução durante o período monitorado. Também foram constatadas a presença de chumbo na solução e a formação de precipitados na maioria das amostras. Avaliando cada amostra separadamente pode-se observar os processo de oxi-redução ocorridos em cada uma delas e concluir que o estado de oxidação do chumbo influencia diretamente na velocidade da reação. Entre as amostras de óleo mineral o caso mais crítico ocorre quando o Pb4+ entra em contato com a mercaptan e o ácido hexanóico, pois nestas condições a mercaptan (1-dodecanotiol) se oxida a dissulfeto, que por sua vez se oxida formando ácido sulfônico correspondente. Neste caso, a presença de acidez forte foi constatada através do deslocamento do potencial inicial da amostra no sentido positivo e nas demais alterações ocorridas na solução. No caso do mercúrio, pode-se dizer que em todos os testes preliminares a reação ocorreu tanto com o mercúrio metálico (Hg0) como com o óxido (HgO). O único caso que não reagiu neste período foi o HgO com o ácido. Em todas as amostras de óleo mineral, a presença de mercúrio foi detectada, devido à solubilidade do mercúrio neste meio. As alterações que ocorreram no caso do Hg2+ indicam que este íon reage com os compostos heteroatômicos de enxofre e oxigênio que estão presentes nos combustíveis, formando produtos de degradação que afetam a qualidade do produto destinado ao consumo. === [en] Fuels constitute a group of extreme importance in the economy of any country. Changes in their chemical and physical-chemical properties, such as sediment formation and/or color variation, can occur due to chemical reactions in the moiety and interfere in the products quality, which is not desirable. One of the factors that influence the stability of fuels is the presence of metals, caused by the contact with metallic components in the production, distribution and storage systems, which act as catalysts of these reactions. Since the degradation mechanisms are complex, the study of these reactions is of great importance for a better understanding of the reasons for fuel instability. Thus, this work has the purpose of studying the behavior of the metals lead and mercury in different oxidation states, in the presence of heteroatomic compounds that exist in fuels, using mineral oil as a matrix of hydrocarbons with high purity level. For this research were chosen 1-dodecanethiol and hexanoic acid, which represent the main sulfur compounds - mercaptan - and carboxylic acids present in fuels. The metals were added as the metallic form (Pb0/Hg0) and as oxides (PbO and PbO2/HgO). The study begun with tests performed combining the metals and their oxides with each of these two compounds and with a mixture of both. Afterwards the samples were prepared by adding mineral oil to the combinations above using a sufficient quantity of mercaptan and an acidity that corresponds to that in fuels. These samples were monitored for 1 year (Pb) and 6 months (Hg) in order to observe any alteration in the concentrations added. All control methods used but strong acidity were normalized. Due to its importance, this control method was validated in this work in order to statistically confirm the method s reliability. The results obtained in the validation of the strong acidity method confirmed that the defined conditions were the best. In the case of lead, the results of the initial tests show that this metal reacts with the added compounds in all oxidation states except PbO2, which did not show any alteration when in contact with the acid. In the mineral oil samples alterations in the mercaptan, disulfide and total acidity concentration were noticed in some cases during the observation period. The presence of lead in the solution and the formation of precipitates in most samples were also evidenced. Evaluating each sample individually, the redox processes that occurred in each one could be observed and we concluded that the oxidation state of lead directly influences the reaction s kinetics. Among the mineral oil samples the most critical case occurs when Pb4+ contacts the mercaptan and hexanoic acid in oil, because in these conditions the mercaptan oxidizes and forms the correspondent sulfonic acid. In this case, the presence of strong acidity was evidenced by the initial potential shift in the positive direction and by other alterations that occurred in solution. In the case of mercury it could be concluded that in all preliminary tests performed, a reaction occurred both with metallic mercury (Hg0) and with the oxide (HgO). The only case that did not react in the period studied was that of Hg0 with the acid. In the mineral oil samples the presence of mercury was detected in all samples due to the solubility of mercury compounds in this moiety. The alterations that occurred in the case of Hg2+ indicate that this ion reacts with the added compounds, including mineral oil. Based on these results it was possible to conclude that the presence of these metals, in all of their oxidation states, causes them to react with the heteroatomic compounds of sulfur and oxygen that are present in fuels, forming degradation products which affect the quality of the product destined to consumption.