ÁREA: Materiais
TÍTULO: EFEITOS DA INSERÇÃO DE ELEMENTO TERRA RARA NA ESTRUTURA DE HIDROTALCITA
AUTORES: MARTINS, T.A. (UFPA) ; PEREIRA, P.M. (UFPA) ; BATISTA, J. (UFPA) ; RODRIGUES, E. (UFPA)
RESUMO: Este trabalho foi dedicado ao estudo da Hidrotalcita de Lantânio e de seus óxidos mistos. O material foi sintetizado pelo método da co-precipitação descrito por Reichle, com modificações relacionadas à utilização de ultrasom, tempo de agitação e cristalização do material e submetido a tratamento térmico a 500 e 650 °C. A caracterização das amostras foi efetuada por difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e Microssonda Eletrônica. Os resultados obtidos com as metodologias de caracterização utilizadas comprovaram a eficiência da sintese. O tratamento térmico também foi eficaz para a formação de óxidos mistos, os quais poderão ser utilizados para futuras aplicações como catalisadores heterogêneos e adsorventes.
PALAVRAS CHAVES: hidrotalcita, difração de raios-x e terras raras.
INTRODUÇÃO: Materiais do tipo hidrotalcita, conhecidos como argilas aniônicas, são hidróxidos duplos lamelares (HDLs), nos quais o excesso de cargas positivas M2+ e M3+ é compensado pelo ânion interlamelar. A Hidrotalcita é muito estudada quanto a sua estabilidade térmica. O tratamento térmico das Hidrotalcita leva à formação de óxidos mistos metálicos, aumentando assim os parâmetros de cela unitária e o volume celular, possibilitando a utilização destes materiais como catalisadores. A grande área superficial apresentada por Hidrotalcitas sintéticas as torna adsorventes em potencial, possibilitando até mesmo sua aplicação como trocadores aniônicos em soluções aquosas. Estes materiais também apresentam efeito de memória, que é a capacidade de se regenerar após sofrerem calcinação. Este trabalho tem como principal objetivo sintetizar e caracterizar materiais do tipo hidrotalcita de lantânio, Mg(Al1/2,La1/2)CO3. Além disso, o trabalho busca otimizar o tratamento térmico para que essas hidrotalcitas apresentem características que as tornem catalisadores e adsorventes em potencial.
MATERIAL E MÉTODOS: A síntese da Hidrotalcita Mg(Al,La)CO3 foi realizada pelo método de coprecipitação a pH variável descrito por Reichle (1986) à temperatura de 48°C via banho ultrasônico sob agitação por 2 horas.A solução A foi preparada a partir do nitrato de magnésio hexahidratado, nitrato de alumínio nonahidratado,nitrato de lantânio hexahidratado e água ultra pura;já a solução B foi preparada a partir de hidróxido de sódio 50%,carbonato de sódio anidro e água ultra pura. A hidrotalcita sintetizada, após ter sido lavada apresentou pH resultante básico de 9,8. A amostra foi submetida a tratamento térmico a 500 e 650°C por 2 horas a fim de formar óxidos mistos. A hidrotalcita sintética e os óxidos mistos oriundos do tratamento térmico foram analisados por: Difração de Raios-X (DR-X), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microssonda Eletrônica. Os dados da difração para as amostras foram obtidos com o difratomêtro de pó X-PERT-PRO modeloPW3050 da PAN analycal, usando a radiação Coka (ג =1,78897),com monocromadores de Níquel (Ni).A medida de 2ө na faixa de 5-70°,passa 2 graus/min. Com tempo de contagem de 8 segundos e fenda 1/8, com uma corrente de 40mA e amperagem de 40KV.As imagens de MEV foram obtidas no equipamento de modelo LEO-1430,as condições de análise para imagem de elétrons secundários foram: corrente de feixe de elétrons de 90microA,voltagem de aceleração constante igual a 20KV, distância de trabalho de 15 -12 m m. A composição dos cristais foi analisada em uma microssonda eletrônica CAMECA-SX100 SX GEO Standards (Astimex-MINM-25-53-32), as condições de analise foram: 15 kV e 20 nA. A identificação das espécies químicas alumínio, magnésio e lantânio foram realizadas utilizando-se pastilhas de coríndon, periclásio e monazita respectivamente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As analises dos difratogramas apresentaram estrutura cristalina semelhante a da Hidrotalcita de referência (JCPDS-14-0191) com aparecimento dos planos característicos[(003),(006),(009) e (015)].Nos difratogramas pode-se observar reflexões características de NaNO3, Mg(OH)2, La(OH)3 e LaCO3OH, a formação das fases carbonatos são decorrente da grande estabilidade desse tipo de composto,já a formação do Hidróxido é devido ao elevado pH do meio reacional.Para as amostras calcinadas a 500°C evidenciou-se a cristalização da fase Hidrotalcita, pois são observado os picos [(003),(006),(009),(015),(018) e (110)],além disso,o tratamento térmico possibilitou a formação de fases como HDT-La, La2O3CO3, La2O3,Mg(OH)2, Mg(Al)LaO, resultados que estão de acordo com os obtidos por Bîrjera,2005.Nas amostras calcinadas é observado uma diminuição no parâmetro da cela unitária a e c e do volume da cela unitária, comprovando assim a formação da solução Mg(Al)LaO.Enquanto para a amostra calcinada a 650°C, foi identificado a presença da HDT-La,La2O2CO3,La2O3,Mg(OH)2 e Mg(Al)LaO.A microssonda eletrônica indica que houve a incorporação dos três cátions metálicos na hidrotalcita sintética.Não houve a incorporação total do lantânio a amostra originando a hidrotalcita do tipo Mg6 (Al/La)2(OH)16 4H2O,onde a proporção do lantânio incorporado é menor que 1.Esse fato é comprovado pela formação de fases secundárias que possuem o lantânio como metal incorporado (LaCO3OH e LaOH).Com base na microssonda eletrônica, podemos comprovar que nas amostras calcinadas há presença de cristais maiores com núcleo escuro, mesmo após a calcinação, isto comprova que parte do material sintetizado,depois de ser calcinado permanece na forma Mg/Al, La-CO3, a outra parte é convertida em óxido misto do tipo Mg(Al)LaO.
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos para as amostras calcinadas e não calcinadas comprovaram a eficiência da sintése, pois o Lantânio foi incorporado à estrutura do HDL.Assim a HDL sintética de Lantânio apresenta grande estabilidade térmica a temperaturas próximas a 650°C,pois parte do material calcinado permaneceu na fase hidrotalcita. O material sintético apresenta efeito de memómia, regenerando sua estrutura após tratamento térmico. Com as análises feitas neste trabalho foi possível observar a formação de óxidos mistos, os quais poderão ser utilizados como catalisadores heterogêneos e adsorventes.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Bîrjega R., Pavel O.D., Costentin G., Che M., Angelescu E. Rare-earth elements modified hydrotalcites and corresponding mesoporous mixed oxides as basic solid catalysts. Applied Catalysis A: General 288, pg. 185–193, 2005.
Reichle, W.T. The Nature of the Thermal Decomposition of a Catalytically Active Anionic Clay Minerals. 1986.
