ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE SÓLIDOS HÍBRIDOS DERIVADOS DE VERMICULITAS LIXIVIADAS E SILANOS
AUTORES: PEREIRA, F.A.R. (UFPB) ; ALVES, A.P.M. (UFPB) ; FONSECA, M. G. (UFPB) ; SILVA, M.A. (UEPB)
RESUMO: Sólidos porosos resultantes da lixiviação ácida controlada da vermiculita foram reagidos com 3-aminopropiltrimetoxissilano, originando os sólidos denominados Vm-N. Os materiais precursores e modificados foram caracterizados por difratometria de Raios-X (DRX), análise elementar de CHN , FTIR e RMN de 29Si and 13C, área superficial e análise química. Os dados de CHN foram 2,29 ±0,02; 3,19 ±0,07; 4,96 ±0,18 e 7,95 ±0,03 para carbono, e 0,89 ±0,02; 1,17 ±0,05; 1,67 ±0,13 e 2,99 ±0,05 para nitrogênio, para V-N, V1-N, V2-N and V3-N, respectivamente. A presente investigação demonstrou que reações de silanização entre silanos e silicatos lamelares é influencida pelo tratamento ácido precursor.
PALAVRAS CHAVES: vermiculita, híbridos inorgânicos-orgânicos, silanização
INTRODUÇÃO: O pré-tratamento de argilominerais por lixiviação ácida tem sido muito utilizado com o objetivo de aumentar a área superficial e a reatividade da superfície da matriz, facilitando a incorporação de moléculas orgânicas em sua superfície (BERGAYA et. al.,2006; FONSECA et. al., 2001).
Por outro lado, materiais híbridos inorgânico-orgânicos obtidos através de reações de silanização têm sido estudados. Essas modificações envolvem reações do agente sililante com grupos hidroxilas e dependendo da natureza do material, o agente sililante poderá ser incorporado entre as lamelas da matriz inorgânica ou apenas na superfície como tem sido observado para sílica gel.
Esses novos materiais podem apresentar aplicações em diversas áreas como cromatografia, catálise e na adsorção de espécies poluentes em solução. Desta forma, o objetivo deste trabalho é explorar a obtenção de novos híbridos inorgânico–orgânicos formados pela silanizacao de sólidos derivados da vermiculita previamente lixiviada com ácido nítrico.
Os sólidos precursores e finais foram caracterizados por análise química, espectrocopia na região do infravermelho, RMN de Al27 e Si29, área superficial, entre outras.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram utilizados a vermiculita proveniente da região de Santa Luzia(sertão paraibano), o aminopropiltrimetoxissilano (Aldrich) como agente sililante, o etanol (Vetec) e tolueno (MercK) como solventes, e o Ácido Nítrico (Vetec)nas concentrações de 1,0; 2,0; 3,0 e 4,0 mol dm-3 como agentes de lixiviação.
Em um procedimento típico, uma amostra de vermiculita (50 g) foi suspensa em 500,0 cm3 de cada solução ácida por 4 h a 100ºC. Depois 100,0 cm3 de água destilada gelada foi adicionada, permitindo um resfriamento por 30 min. A suspensão foi filtrada e seca a 100ºC por 24 h.
Os sólidos foram nomeados Vm, onde m = 1, 2, 3 e 4, correspondendo a concentração da solução aquosa de ácido nítrico. Para obtenção dos híbridos, inicialmente uma amostra de 3,0 g do mineral foi seca sob vácuo a 120ºC por 24 h. Em seguida, 5,0 cm3 do agente sililante aminopropiltrimetoxissilano foram adicionados a uma suspensão da matriz previamente seca em tolueno sob atmosfera de nitrogênio a 110ºC por tempo de 48 h. O material foi separado por filtração, seguindo de lavagem em etanol seco. Os sólidos foram ainda lavados por 24 h em Soxhlet com etanol. Finalmente, as matrizes modificadas foram secas sob vácuo a 100ºC por 12 h, originando os sólidos designados como Vm-N.
As medidas de CHN foram realizadas em um aparelho Perkin-Elmer, modelo 2400. Os espectros na região do infravermelho na faixa espectral de 4000 a 400 cm-1 foram obtidos em um espectrofotômetro FT-IR Bomem série MB com resolução de 4,0 cm-1 em KBr. As medidas de área superficial (SBET) foram realizadas um analisador Micrometrics ASAP 2010 por adsorção de N2 (método BET). Os espectros CP/MAS de RMN foram obtidos em espectrômetro AC 300/P Bruker a 121 MHz.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os dados de análise quimica e área superficial da vermiculita e sólidos lixiviados estão listados indicando a perda de Mg, Fe e Al com a lixiviação e formação de materiais de alta área superficial.
Tabela 1 – Composição quimica em percentagem e área superficial (SBET) em m2g-1 para vermiculita e os sólidos lixiviados
Sólido SBET SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3
V 16 44,62 9,18 5,46 20,64
V1 133 47,60 7,54 5,29 13,82
V2 339 55,80 5,01 4,04 6,94
V3 673 58,80 0,88 1,37 0,95
V4 680 61,30 0,62 0,79 0,92
Os dados de análise elementar dos novos híbridos apresentaram percentagem 2,29; 3,19; 4,96 e 7,95 para carbono e 0,89; 1,17; 1,67 e 2,99 para nitrogênio para V-N, V1-N, V2-N e V3-N, respectivamente.
Os espectros de FTIR dos híbridos mostraram bandas em 2935 and 2870 cm-1 atribuídas aos estiramentos assimétrico e simétrico do grupo C–H, além das bandas referentes ao esqueleto inorgânico.
Os espectros de RMN de 29Si para VN, V1-N, V2-N, e V3N (Fig. 1a) mostraram dois novos sinais em -59,8 e -66,7 ppm em adição aos sinais Q3 e Q4 presentes nos sólidos precursores. Os dados de RMN 13C (Fig. 1b) demonstram que a estrutura da cadeia orgânica não sofreu alterações durante a reação.
Os dados de DRX antes e após a silanização indicaram os espaçamentos basais (d) para V, V1 e V2 de 1,41; 1,38 e 1,25 nm, respectivamente, os quais alteraram após silanização para 1,38; 1,37 e 3,12 nm conforme mostra a Fig.2. O comportamento distinto das argilas lixiviadas se deve a principalmente a dois fatores: i) a heterogeneidade dos sólidos devido provavelmente parte da vermiculita original ainda presente; ii) possibilidades diferentes de acomodação das moléculas na estrutura inorgânica, devido à interação desses grupos com as lamelas.
CONCLUSÕES: O estudo apresentado mostra que as reações de ancoramento envolvendo silanos trifuncionais e silicatos lamelares são influenciadas pelo tratamento ácido. As moléculas orgânicas podem adotar posições paralelas (parallel-monolayer arrangement model) na vermiculita natural (V-N) e perpendicular nas vermiculitas lixiviadas. Os diferentes arranjos de moleculas de silanos resulta em unidades Tn como T1[Si(OSi)–(OR’)2R] e T2[Si(OSi)2(OR’)R] durante a condensação. Consequentemente, isto leva a propriedades distintas das superficies dos produtos obtidos. Este estudo mostra ainda que os híbridos obtidos e o ambiente molecular são dependentes do tratamento da argila.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq e CAPES.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BERGAYA, F.: THENG, B.K.G. and LAGALY, G., Handbook of Clay Science, Elsevier, Vol. 1, 2006.
FONSECA, M.G., OLIVEIRA, A.S., AIROLDI, C., J. Colloid Interface Sci. 240 (2001) 533.
