ÁREA: Materiais
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO DE PSEUDOBOEMITAS COMERCIAIS
AUTORES: HELIO R.X. PIMENTEL (IQ-UFRJ/IQ-U) ; ROSANE A.S. SAN GIL (IQ-UFRJ) ; SONIA M.C. MENEZES (CENPESPETROB) ; SANDRA X. CHIARO (CENPESPETROB) ; DEUSA A.P. MOTA (FUJB-UFRJ)
RESUMO: Neste trabalho precursores comerciais de aluminas, usadas em aplicações industriais, foram caracterizados por DRX e análise térmica (TG/DTG), e os resultados foram comparados com os obtidos anteriormente por FTIR, RMN-MAS 27Al e avaliação textural. Ficou constatado que embora as cinco amostras estudadas sejam utilizadas como precursores de aluminas, apenas duas amostras são similares, considerando-se os tamanhos médios dos cristalitos, determinados por DRX e os teores de água estrutural, medidos por TG e confirmados por IVTF.
PALAVRAS CHAVES: pseudoboemita, análise térmica, drx
INTRODUÇÃO: As aluminas ativas (, -Al2O3) obtidas a partir de dois hidróxidos, bayerita e pseudoboemita, possuem várias aplicações. A bayerita, -Al(OH)3, é raramente encontrada na natureza. Bentor et al. [1] reportaram a primeira ocorrência, comprovada por análises de raios X em 1963. A bayerita é produzida comercialmente, principalmente para a manufatura de catalisadores ou outras aplicações que requerem um hidróxido de alumínio de alta pureza [2].
A pseudoboemita, ou boemita pouco cristalina (-AlOOH), é amplamente usada em aplicações industriais: adsorção, produtos farmacêuticos e catálise, devido à sua elevada área superficial (entre 90 m2 /g e 410 m2/g). A área superficial da pseudoboemita é importante porque a extensão da superfície disponível está correlacionada com o aumento da reatividade [3]. A estrutura da pseudoboemita é considerada tradicionalmente similar à estrutura da boemita devido à similaridade nas posições dos picos de difração, na difração de raios X [4].
Essa comunicação é parte de um projeto que visa avaliar quais características dos precursores são relevantes para obtenção de aluminas com atividade catalítica definida. Em trabalho anterior [5] foram relatados os resultados obtidos na caracterização de amostras comerciais de pseudoboemitas precursoras de aluminas por infravermelho estrutural, além da espectroscopia de RMN de sólidos e avaliação textural. Nessa comunicação serão apresentados os resultados obtidos por análise termogravimétrica (TG/DTG) e difração de raios X, e comparação com os demais métodos de análise, de forma a evidenciar as diferenças e as semelhanças entre as amostras selecionadas, informações não disponíveis na literatura.
MATERIAL E MÉTODOS: Cinco amostras comerciais fornecidas pela SASOL (EUA e Alemanha) foram utilizadas para a caracterização: CATAPAL A, PURAL SB, CATAPAL C, CATAPAL D e CATAPAL 14HT, nomeadas como A, B, C, D e E, respectivamente. As amostras foram analisadas de duas formas: como foram recebidas e após pré-tratamento térmico.
Difração de raios X de pó (DRX): os difratogramas foram coletados com o objetivo de estimar a cristalinidade e as diferenças estruturais dos materiais comerciais. Foi utilizado o difratômetro de marca RIGAKU, modelo MINIFLEX utilizando radiação Cu K (k = 1,5418 Å), operando a 30 kV e 15 mA, usando um passo de 0,05º e um tempo de contagem de 1s por passo, no intervalo de 2 de 4º a 80º. Os tamanhos dos cristalitos foram estimados utilizando-se a relação de Scherrer, D = 0.9 / cos, onde D é a dimensão média do cristalito,  é o comprimento de onda de raios X,  é o ângulo de Bragg e  é a largura a meia altura do pico do difratograma. Os ângulos de Bragg e  foram determinados utilizando-se o programa WINPLOTR [5].
Análise térmica: o equipamento utilizado foi um analisador termogravimétrico da empresa Mettler modelo TGA/SDTA 851e/LF/1600/1246. Condições de análise: 25-1500 ºC a 10ºC.min-1 em fluxo de 50 ml.min-1 de nitrogênio.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As amostras A, B, C e D apresentaram pronunciada largura na linha de difração (DRX), exceto a amostra E. Okada et al. [4] sugeriu que essas mudanças podem ser atribuídas ao pequeno tamanho dos cristalitos, e ao excesso de água entre as camadas da estrutura da boemita. Os valores estimados de tamanho dos cristalitos e das distâncias interplanares d020, estão apresentados na Tabela 1.
A partir da análise das curvas de TG/DTG obtidas para as amostras A a E, ficou evidente a presença de dois processos de perda de massa. O primeiro, na faixa de 25ºC a 150ºC é referente a perda de água fisicamente adsorvida e de uma parte da monocamada de moléculas de água quimicamente adsorvidas [6]. O segundo processo, no intervalo de 150ºC a 520ºC, corresponderia a desidratação e transformação da boemita.
Tabela 1. Tamanho dos cristalitos e propriedades térmicas das amostras A, B, C, D e E.
tam. (D)
linhas difracao
AMOSTRA 020 120 031 dist. temp. perda massa
planos (C) (%)
A 32 40 39 6,236 55; 405 29
B 40 48 45 6,223 50; 430 27,5
- 50b - - - -
C 43 53 50 6,187 50; 425 25
D 57 68 65 6,185 50; 425 23,7
- 70b - - - -
E 145 140 138 6,094 40; 360 20,4
a tam. dos cristalitos, est. c/ erro de 20% (cf. ref. 6).
b ref. 7
A amostra A acusou uma perda de massa de 29%, enquanto as amostras B, C, D e E acusaram perdas de massa de 27,5%, 25%, 23,7 e 20,4%, respectivamente. Estes dados corroboram os resultados de raios X, assim como os resultados obtidos anteriormente por IVFT e avaliação textural [5], que destacaram as diferenças nas áreas específicas e na quantidade de água presente, e confirmam a similaridade estrutural apenas entre as amostras B e C.
CONCLUSÕES: Embora todas as amostras sejam comercializadas como precursoras de aluminas, as análises evidenciaram semelhanças apenas entre duas das cinco amostras estudadas, B e C, relativa a tamanho de cristalitos e avaliação termogravimétrica. Por outro lado, ficou evidente que uma das amostras, amostra E, possui características estruturais bastantes distintas dos demais precursores de aluminas avaliados.
AGRADECIMENTOS: Ao Núcleo de Catálise da COPPE/UFRJ pelas análises de difração de raios X e área específica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] BENTOR,Y. K.; GROSS, H; HELLER, L., “Some unusual minerals from the "mottled zone'' complex”, Israel, The American Mineralogist 48 (1963) 924-930.
[2] WEFERS, K.; MISERA, C., “Oxides and Hydroxides of Aluminum” ALCOA Technical Paper No. 19, Revised (Aluminum Company of America, ALCOA Center, PA (1987).
[3] WANG,S. L.; JOHNSTON,C. T. ; BISH, D. L.; WHITE,J. L.; HEM, S. L., “Water-vapor adsorption and surface area measurement of poorly
crystalline boehmite”, Journal of Colloid and Interface Science 260 (2003) 26-35.
[4] OKADA, K.; NAGASHIMA, T.; KAMESHIMA, Y.; YASUMORI, A.; TSUKADA,T., “Relationship between Formation Conditions, Properties, and Crystallite Size of Boehmite”, Journal of Colloid and Interface Science, 253 (2002) 308-314.
[5] PIMENTEL, H. R. X.; SAN GIL, R. A. S ; MENEZES, S. M. C.; CHIARO, S. X.; MOTA, D. A. P., “Caracterização de precursores comerciais de alumina”, 32ª Reunião Anual, Fortaleza, Ceará (2009).
[6] NGUEFACK, M; POPA, A. F.; ROSSINGNOL, S.; KAPPENSTEIN, C., “Preparation of alumina through a sol–gel process. Synthesis, characterization, thermal evolution and model of intermediate boehmite”, Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (2003) 4279-4289.
[7] www.sasoltechdata.com./alumina_group.asp.
