Isolamento de microrganismos degradadores de polímeros em fluidos de perfuração e avaliação do uso de nanocompósitos de nanopartículas de prata e óxido de grafeno (AgNPs-OG) como agente antimicrobiano

Abstract

Fluidos de perfuração fazem parte dos componentes essenciais para uma produção de petróleo de sucesso. Os fluidos à base de água utilizam polímeros como goma xantana e hidroxipropilamido (HPA) para assegurar viscosidade, estabilidade reológica e adequada suspensão de cascalhos durante as operações de perfuração. Entretanto, esses polímeros são suscetíveis à biodegradação por microrganismos presentes no ambiente de perfuração, o que pode levar à perda de viscosidade, aumento de custos operacionais e comprometimento da eficiência do processo. Diante desse cenário, este trabalho teve como objetivo caracterizar a microbiota associada a fluidos de perfuração e desenvolver nanocompósitos com potencial ação biocida capazes de reduzir a degradação microbiana desses polímeros. Foram isolados microrganismos de diferentes amostras de fluidos, revelando uma comunidade microbiana diversa. A identificação dos isolados foi conduzida por meio da análise dos perfis de ácidos graxos (MIDI), amplificação do gene 16S rRNA e sequenciamento Sanger, permitindo a determinação taxonômica de uma ampla variedade de bactérias, com clara predominância de espécies do gênero Bacillus. Para avaliar o potencial degradador dos isolados, foram realizados ensaios de triagem para degradação de HPA e goma xantana empregando colorações como lugol e vermelho congo, possibilitando a identificação dos microrganismos mais ativos na utilização desses polímeros como fonte de carbono. Paralelamente, foram sintetizados nanocompósitos formados por nanopartículas de prata associadas a óxido de grafeno, funcionalizados com polietilenoimina (PEI), visando à obtenção de um material estável com propriedades antimicrobianas. Esses nanocompósitos foram caracterizados por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia de fluorescência, espalhamento dinâmico de luz (DLS) e análise de potencial zeta, apresentando perfis ópticos e coloidais consistentes com aqueles descritos na literatura para sistemas similares. Por fim, os materiais foram avaliados quanto à sua atividade biocida em fluidos de perfuração, demonstrando capacidade de inibir o crescimento microbiano associado à degradação dos polímeros, o que contribui para a preservação das propriedades reológicas do fluido. Os resultados obtidos demonstraram que o monitoramento microbiológico, aliado ao uso de nanomateriais com propriedades antimicrobianas, representa uma estratégia promissora para mitigar problemas de biodegradação em fluidos de perfuração, podendo otimizar a eficiência e a estabilidade desses sistemas em operações de perfuração. Palavras-chave: fluidos de perfuração; biodegradação; polímeros; goma xantana; hidroxipropilamido (HPA); nanopartículas de prata; óxido de grafeno; biocida.Drilling fluids are essential components for a successful petroleum production. Water- based drilling fluids rely on polymers such as xanthan gum and hydroxypropyl starch (HPS) to ensure adequate viscosity, rheological stability, and cuttings suspension during drilling operations. However, these polymers are susceptible to microbial biodegradation, which can lead to loss of viscosity, increased operational costs, and reduced process efficiency. In this context, the present study aimed to characterize the microbiota associated with drilling fluids and to develop nanocomposites with biocidal potential capable of mitigating polymer degradation. Microorganisms were isolated from different drilling fluid samples, revealing a diverse microbial community. The isolates were identified using fatty acid methyl ester profiling (MIDI), 16S rRNA gene amplification, and Sanger sequencing, which allowed taxonomic classification of a wide range of bacteria, with a clear predominance of Bacillus species. To assess their degradative potential, the isolates were screened for the ability to degrade HPA and xanthan gum using Lugol and Congo Red staining assays, enabling the identification of microorganisms most active in polymer breakdown. In parallel, nanocomposites composed of silver nanoparticles and graphene oxide were synthesized to obtain stable materials with enhanced antimicrobial properties. These nanocomposites were characterized by UV-Vis spectroscopy, fluorescence, dynamic light scattering (DLS), and zeta potential analysis, presenting optical and colloidal features consistent with those described in the literature for similar systems. Finally, the materials were evaluated for their biocidal activity in drilling fluids, demonstrating the ability to inhibit microbial growth associated with polymer degradation and contributing to the preservation of the rheological properties of the fluid. Overall, the results indicate that combining microbiological monitoring with the use of antimicrobial nanomaterials have shown a promising strategy to mitigate biodegradation issues in drilling fluids, potentially improving the stability and operational efficiency of drilling systems. Key words: drilling fluids; biodegradation; polymers; xanthan gum; hydroxypropyl starch; silver nanoparticles; graphene oxide; biocide.