ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: HEMATITA SUPORTADA EM TETRATITANATO PILARIZADO
AUTORES: GONCALVES,A.M (UFG) ; NUNES, L.M (UFG)
RESUMO: O tetratitanato de potássio possui uma distância interlamelar relativamente pequena e esta distância é aumentada pela a intercalação de cátions poliméricos, pilares que reagem com as lamelas, geralmente estáveis termicamente. O material pilarizado e calcinado a 500°C apresenta uma distância interlamelar maior que o material inicial. A hematita foi suportada e calcinada a 700°C, o que ocasionou o colapso na região interlamelar.
PALAVRAS CHAVES: titanato, pilarização e hematita
INTRODUÇÃO: Os materiais com estrutura lamelar são sólidos bidimensionais, que possuem átomos covalentemente ligados entre si no mesmo plano e fracamente ligados na direção perpendicular a este plano por interações de Van der Waals (1). Como a região interlamelar é formada por interações fracas, podem-se introduzir íons ou moléculas de diversos tamanhos com objetivo de alterar as propriedades químicas, físicas e mecânicas do composto. Em conseqüência disto, tais materiais tem despertado o interesse em diversas áreas de estudo, mais recentemente na área de catalise(2).
O titanato de potássio é um sólido que apresenta estrutura lamelar, possuindo baixa área superficial e pouca porosidade. A intercalação de cátions poliméricos no espaço interlamelar funciona como pilares que interagem com as lamelas, resultando num material termicamente estável, com alta área superficial e com grande porosidade(2). Essas características possibilitam a utilização deste material como suporte catalítico.
A incorporação de metais e a pilarização de titanatos lamelares para diversas reações catalíticas de interesse industrial ainda é um assunto escasso na literatura (2). Uma reação de grande interesse industrial é a desidrogenação do etilbenzeno para produção de estireno, neste caso, os catalisadores mais empregados são óxidos inorgânicos em particular óxido de ferro (hematita) contendo diversos promotores(3).
O objetivo deste trabalho foi preparar o tetratitanato pilarizado e impregna-lo com óxido de ferro.
MATERIAL E MÉTODOS: O tetratitanato de potássio, K2Ti4O9, foi obtido utilizando quantidades estequiométricas do óxido de titânio e carbonato de potássio. A mistura foi aquecida à temperatura de 800 ºC por 20 h, após este tempo o sólido foi triturado e novamente submetido a 800 ºC por mais 20 h. O titanato alcalino (TiK) foi convertido à forma ácida (TiH), onde 1,0 g da matriz alcalina foi colocada em contato com 0,02 dm3 de uma solução 3,0 mol dm-3 de ácido clorídrico, sob agitação constante à temperatura de 60 ºC por 3 dias. O sólido foi separado por centrifugação, lavado com água destilada até pH 5,0. Após a obtenção da matriz ácida, o sólido foi intercalado com hexilamina (TiAm), este processo consistiu na suspensão de 1,0 g da matriz ácida em 0,125 dm3 da solução 0,2 mol dm-3 da amina, sob agitação constante à temperatura 60 ºC por 10 dias. O sólido obtido foi centrifugado e lavado até pH 7,0 e seco a 40 °C.
O processo de pilarização (TiSi) ocorreu pela suspensão de 1,0g do sólido intercalado em 0,015 dm3 do tetraetoxissilano, sob agitação constante por 3 dias a 60 ºC. O sólido foi separado por centrifugação e seco a temperatura 40 ºC, seguida pela calcinação a 500°C.
Na obtenção do catalisador (TiSiFe) inicialmente foi preparado uma mistura contendo 14x10-3 mol de Fe3+ e 7x10-3 mol de Fe2+ em 0,025 dm3 de água com 0,001 dm3 de ácido clorídrico, esta mistura foi adicionada numa suspensão contendo 3,0 g de suporte em 0,10 dm3 de água, o qual permaneceu sob agitação por 30 minutos à temperatura ambiente. Após esse tempo, foi adicionado lentamente 0,250 dm3 de hidróxido de sódio 1,5 mol dm-3. Manteve-se o sistema sob agitação por mais 30 minutos. O sólido foi separado, lavado e seco a 100 °C por 5h e calcinado a temperatura 700 ºC em ar durante 3 h para formação de hematita.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os difratogramas de raios X das amostras TiK, TiH, TiAm, TiSi e TiSiFe estão apresentados na Figura 1. O conjunto de picos observados na Figura 1 referente à amostra TiK, revelou um padrão de reflexão característicos K2Ti4O9 com sistema monoclínico (JCPDF, nº 320861), apresentando uma distância interlamelar de 8,3 Å. Para a matriz ácida (TiH) também observa-se um padrão de reflexão conforme literatura (JCPDF, nº 3608655), e neste caso, a distância interlamelar foi aumentada em 0,8 Å. A interação entre as moléculas de amina com a região interlamelar dos titanatos ácidos é uma reação típica ácido-base de Brönsted. Tal processo provoca um aumento da distância interlamelar, conforme é observado na Figura 1 (TiAm). A matriz ácida que inicialmente apresentava uma distância interlamelar de 9,1 Å, após intercalação aumenta para 12,8 Å, ou seja, um aumento de 3,7 Å. A inserção da hexilamina não afeta a cristalinidade da matriz original, o que ocorre é uma orientação preferencial na direção do plano 200, acarretando um aumento na intensidade do pico referente a esta reflexão.
O processo de pilarização ocorre efetivamente após a etapa de calcinação a 500ºC e neste caso, acompanhado de um aumento da distância interlamelar, sendo observado um pico em 2theta = 6,1º o que corresponde à distância de 14,5 Å. Por outro lado, após a impregnação do óxido de ferro, com calcinação a 700ºC, observa-se o colapso da estrutura lamelar. Além disso, também é observado na Figura 1 (TiSiFe) um conjunto de picos característicos do óxido de ferro na fase hematita, conforme a literatura(JCPDF, nº 862368). A Figura 2 ilustra os difratogramas das amostras pilarizadas a 500 e 700ºC, demostrando que o colapso da estrutura lamelar ocorre como conseqüência da temperatura de formação dos pilares.
CONCLUSÕES: O óxido de ferro presente no material calcinado a 700ºC foi caracterizado como sendo a fase hematita, todavia a esta temperatura o material perde a característica lamelar. Apenas a 500ºC os pilares de sílica mantêm a estrutura.
AGRADECIMENTOS: CNPq/FINEP
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1.PINNAVAIA, T. J. ACS Adv. Chem. Serv. 1995. 245p. 283p.
2.GUO, X. , HOU, W. , YAN, Q. , CHEN, Y. Pillared layered transition metal oxides. Chinese science bulletin, v.48, n.2, p.101-110, 2003.
3. OLIVEIRA, A.C. , RANGEL, M. C. Desidrogenação do etilbenzeno sobre compostos de ferro e alumínio. Química Nova, v.26, n.2, p.170-176, 2003.
