Introdução ao tratamento de águas residuais NMP

N-Metilpirrolidona (NMP)

A N-Metilpirrolidona, ou NMP, é um composto orgânico com a fórmula química C₅H₉NO. Apresenta-se como um líquido transparente incolor a amarelo claro com um ligeiro odor a amoníaco. O NMP mistura-se completamente com água em qualquer proporção e também é solúvel em éter, acetona, ésteres, hidrocarbonetos halogenados, solventes aromáticos e quase todos os outros solventes orgânicos.

O NMP é um solvente polar aprótico conhecido pelo seu elevado ponto de ebulição, forte poder de dissolução, baixa viscosidade e excelente estabilidade química e térmica. Na indústria eletrónica, é amplamente utilizado para dissolver materiais de eléctrodos em processos de revestimento de baterias de lítio. No fabrico de produtos químicos, serve como um agente de extração eficaz e, em tintas e vernizes, actua como um solvente essencial. No entanto, as águas residuais geradas durante a utilização de NMP são difíceis de tratar e representam sérios riscos ambientais se forem mal tratadas. A gestão correta das águas residuais de NMP é fundamental.

1. Processo de produção de NMP

1.1 Matérias-primas: Gama-butirolactona (GBL) e metilamina

A GBL reage com a metilamina sob temperatura e pressão controladas. O grupo amino da metilamina ataca o grupo carbonilo da GBL, formando um intermediário que sofre um rearranjo intramolecular para produzir NMP. Esta reação em fase líquida requer catalisadores (por exemplo, catalisadores alcalinos) para acelerar o processo e melhorar o rendimento.

1.2 Condições de reação

Temperatura: 150-200°C

Pressão: 2-5 MPa

Duração: 3-5 horas

O progresso da reação é monitorizado através do acompanhamento do consumo de matérias-primas e da formação de produtos.

1.3 Separação e purificação

Após a reação, as matérias-primas e os subprodutos que não reagiram são removidos por destilação sob vácuo. O NMP em bruto é posteriormente refinado por destilação para obter NMP de elevada pureza.

2. Fontes de águas residuais do PNM

2.1 Processo de produção

Lavagem com água: A lavagem com água após a produção remove as impurezas e os catalisadores, gerando águas residuais com vestígios de NMP, subprodutos e catalisadores residuais.

Limpeza do equipamento: A água utilizada para limpar o equipamento de produção (durante a manutenção ou mudanças de produto) mistura-se com NMP residual, criando águas residuais contaminadas.

2.2 Indústria de baterias de lítio

Revestimento de eléctrodos: O NMP é utilizado como solvente no revestimento de eléctrodos. Durante a secagem, algum NMP evapora e é capturado em sistemas de depuração, formando águas residuais de pulverização contendo NMP.

Limpeza de pavimentos: A água utilizada para limpar derrames de materiais contendo NMP nas áreas de produção também se transforma em águas residuais.

2.3 Fabrico de produtos químicos (por exemplo, produção de aramida)

Processamento de polímeros: O NMP dissolve os polímeros durante a síntese da aramida. A lavagem pós-reação e o tratamento das fibras (por exemplo, estiramento, enxaguamento) geram grandes volumes de águas residuais de NMP.

Outras utilizações: As águas residuais de NMP também resultam da recuperação de solventes, da purificação de produtos e da limpeza de equipamentos noutros processos químicos.

3. Caraterísticas das águas residuais do PNM

3.1 Concentração elevada

CQO (Carência Química de Oxigénio): Normalmente excede 5.000 mg/L devido ao NMP e outras impurezas orgânicas.

Azoto amoniacal: Frequentemente superior a 500 mg/L devido a compostos heterocíclicos contendo azoto.

Baixa biodegradabilidade: A elevada CQO e a composição complexa dificultam o tratamento biológico.

3.2 Biotoxicidade

O NMP inibe o crescimento microbiano e a atividade enzimática, perturbando os processos de tratamento biológico.

3.3 Persistência no ambiente