ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO ESPINÉLIO ZnAl2O4
AUTORES: NETO, A. N. R. (UFPA) ; QUEIROZ, R. M. (UFPA) ; COELHO, T. L. (UFPA) ; VALENTIM, T. L. (UFPA) ; ZAMIAN, J. R. (UFPA) ; FILHO, G. N. R. (UFPA) ; COSTA, C. E. F. (UFPA)
RESUMO: Resumo: Recentemente, óxidos com estrutura do tipo espinélio tem atraído muita atenção por apresentarem algumas propriedades interessantes, como forte resistência mecânica, assim como estabilidade térmica. Neste trabalho, o aluminato de zinco com estrutura do tipo espinélio foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos. Os precursores foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos para a identificação das fases. A caracterização deste óxido foi feita através das análises termogravimétrica e termodiferencial (TG/DTA), difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e adsorção de nitrogênio (BET/BJH). Os resultados das caracterizações mostraram que o espinélio obtido é do tipo normal e sem fases interferentes, com bons resultados de área superficial.
PALAVRAS CHAVES: espinélio, termogravimetria, znal2o4.
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: Os materiais com estrutura do tipo espinélio (AB2O4), como o ZnAl2O4, possuem várias propriedades interessantes, como alta estabilidade térmica, resistência mecânica, inclusive em meios ácidos e álcalis, bem como métodos de síntese relativamente simples. Por estas razões nos últimos anos vem crescendo o número de estudos que fazem uso deste óxido como base para dispositivos magnéticos, pigmentos e catalisadores (WEI et al. 2006).
Atualmente, vários métodos são utilizados na preparação de óxidos do tipo espinélio, como co-precipitação, síntese hidrotermal, reações no estado sólido e precursores poliméricos. Este último possui algumas vantagens como: bom controle estequiométrico, baixas temperaturas de cristalização, possibilidade de obtenção de óxidos multicomponentes e custo relativamente baixo.
O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar o espinélio ZnAl2O4, para possíveis aplicações como base de pigmentos cerâmicos e suporte catalítico.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAIS E MÉTODOS: O ZnAl2O4 foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos(XAVIER et al. 2004), que se baseia na polimerização de citratos metálicos com o auxílio de um poliálcool, reduzindo a segregação de fases indesejadas. Os precursores metálicos utilizados foram: nitrato de zinco (Zn(NO3)2. 6 H2O) e nitrato de alumínio (Al(NO3)3. 9 H2O). Para a formação dos citratos metálicos, foi utilizado ácido cítrico (C6H8O7 .H2O) em uma solução molar de 3:1 ácido cítrico/metal e para a polimerização foi utilizado etileno glicol (C2H6O2) com uma proporção (em massa) 60:40 ácido cítrico/etileno glicol.
Os sais foram dissolvidos lentamente, com razões molares adequadas, em uma solução aquosa de ácido cítrico a 70°C sob agitação. Após uma hora o etileno glicol foi adicionado lentamente, deixando a solução sob agitação e aquecimento até que o volume fosse reduzido à metade, aumentando a viscosidade da solução que resulta em um gel polimérico.
Em seguida o gel polimérico foi submetido a um tratamento térmico, a 300°C por duas horas em um forno do tipo mufla, com o objetivo de retirar o solvente e eliminar boa parte da matéria orgânica, originando o pó precursor. Depois de pulverizado o pó precursor foi calcinado nas temperaturas de 600°C, 800°C e 1000°C por duas horas, obtendo o ZnAl2O4.
O ZnAl2O4 foi caracterizado através das técnicas de análise térmica (TG/DTA), difração
de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e adsorção de nitrogênio (BET/BJH).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: A curva TG (Figura 1) apresenta três etapas de perda de massa, que totalizam em aproximadamente 69%. A primeira ocorrendo no intervalo de 46-210°C, que pode ser associada à perda de água e gases adsorvidos, pois neste intervalo também é observado um pico endotérmico na curva DTA. A segunda e a terceira etapa no intervalo de 210-800°C podem ser associadas a reações consecutivas de termodecomposição da cadeia carbônica, porque nesta região são apresentados picos exotérmicos na curva DTA.
O método dos precursores poliméricos proporciona a obtenção de óxidos sem fases interferentes, que pode ser confirmado pelo difratograma de raios-X (Figura 2), onde só é identificada a fase espinélio e também pode ser observado que o ZnAl2O4 apresenta uma melhora na cristalinidade com o aumento da temperatura de calcinação.
O espectro de infravermelho mostra que o ZnAl2O4 apresenta bandas de absorção próximas de 505 cm-1, 548 cm-1, 650 cm-1, características do estiramento AlO6 (octaédrico). A ausência de uma banda de absorção próxima de 730 cm-1, relacionada ao estiramento AlO4 (tetraédrico), infere que o espinélio é do tipo normal, com o zinco nos sítios tetraédricos e o alumínio nos sítios octaédricos.
A análise de adsorção de N2 (BET/BJH) mostrou que o ZnAl2O4 possui uma rede porosa. Os valores de diâmetro obtidos na análise indicam que os óxidos analisados são mesoporosos (LEOFANTI et al. 1998), independente da temperatura de calcinação, pois apresentam valores na faixa de 34,00 a 37,86 Å. Dentre os espinélios analisados o ZnAl2O4 calcinado a 1000°C, é o que possui melhor valor de área superficial, em torno de 224,2 m2/g, que é de fundamental importância para propósitos catalíticos.
CONCLUSÕES: CONCLUSÃO: O aluminato de zinco com estrutura do tipo espinélio normal foi obtido com sucesso pelo método dos precursores poliméricos. De acordo com as análises realizadas, não foi evidenciada nenhuma fase interferente, o ZnAl2O4 sintetizado é termicamente estável, cristaliza-se a temperaturas relativamente baixas e também apresenta o melhor valor de área superficial quando é calcinado a 1000°C. Com isso, esse material possui um grande potencial para o uso como base de pigmentos cerâmicos e suporte catalítico.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LEOFANTI, G.; PADOVAN, M.; TOZZOLA, G.; VENTURELLI, B. 1998. Surface area and pore texture of catalysts. Catalysis Today, 41, 207.
WEI, X.; CHEN, D. 2006. Synthesis and characterization of nanosized zinc aluminate spinel by sol–gel technique. Materials Letters, 60, 823.
XAVIER, C. S.; COSTA, C. E. F.; CRISPIM, S. C. L.; BERNARDI, M. I. B.; MAURERA, M. A. M. A.; CONCEIÇÃO, M. M.; LONGO, E.; SOUZA, A. G. 2004. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 75, 461.
