Equação de Poisson-Boltzmann e teoria do funcional da densidade clássica aplicadas a sistemas eletrolíticos: desde sistemas biológicos até recuperação avançada de petróleo

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Barbosa, Nathalia Salles Vernin
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Electrolyte; Poisson-Boltzmann Equation; Density Functional Theory; Non-electrostatic interactions; Lifshitz Theory; Eletrólitos; Equação de Poisson-Boltzmann; Teoria do Funcional da Densidade; Interações não eletrostáticas; Teoria de Lifshitz; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11879

As interações eletrostáticas desempenham um papel fundamental nos processos físicos, biológicos e químicos. Logo, o estudo de tais interações propicia um melhor entendimento de fenômenos contraintuitivos, além de nortear o desenvolvimento de novas soluções e estratégias em nível industrial. As técnicas utilizadas na modelagem de sistemas contendo eletrólitos podem ser classificadas em métodos implícitos, equações integrais e teoria do funcional da densidade clássica, métodos explícitos, e métodos híbridos. Nesta tese, utilizou-se a equação de Poisson-Boltzmann (PBE) e teoria do funcional da densidade clássica (DFT). Por meio da PBE, (i) avaliou-se a partição iônica transmembrana em um eritrócito com a inclusão das interações não eletrostáticas e do termo de Bohr, sendo possível contabilizar o efeito da mudança da constante dielétrica entre os meios intracelular e extracelular; (ii) investigou-se o comportamento elétrico da parede celular da bactéria Bacillus brevis, com a abordagem de regulação de carga no perfil de densidade volumétrica de carga fixa; e (iii) determinou-se o ângulo de contato e molhabilidade de um sistema constituído por três fases (dois líquidos e uma superfície sólida). Diferentemente dos dois primeiros sistemas, que possuem apelo biológico, o último foi desenvolvido visando a aplicação na recuperação avançada de petróleo por meio da injeção de uma solução eletrolítica aquosa. Além disso, um modelo baseado na DFT foi desenvolvido em domínio tridimensional com convoluções calculadas através da transformada de Fourier rápida e aplicado na análise da molhabilidade e ângulo de contato de um sistema caracterizado por salmoura/ hidrocarboneto/ rocha. A compreensão dos efeitos da injeção de água projetada é de suma importância para a recuperação de petróleo, uma vez que permite a seleção racional da composição desta água. Vale ressaltar, que essa aplicação da DFT para sistema líquido/ líquido/ sólido, assim como a inclusão do termo de Bohr na PBE e a abordagem volumétrica da regulação de carga são inovações na literatura, até onde se pôde rastrear. Conclui-se que o balanceamento das aproximações intrínsecas da PBE pode fazer com que as mesmas se anulem, promovendo uma excelente reprodução de dados experimentais, dependendo do sistema a ser estudado, como demonstrado na predição da partição iônica do íon Cl‒, que ocorre passivamente, no eritrócito e do potencial zeta da parede celular da bactéria B. brevis. Por outro lado, a DFT é primordial para sistemas complexos, tais como: sistemas confinados e com altas concentrações iônicas, uma vez que possui um maior nível de detalhamento.