ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE E MODIFICAÇÃO DO MATERIAL MESOPOROSO MCM-41 PARA USO COMO ADSORVENTE NA CAPTURA DE CO2
AUTORES: GALLO, T. O. (UFS) ; SOUZA, M. J. B. (UFS) ; PEDROSA, A. M. G (UFS)
RESUMO: A peneira molecular MCM-41 foi sintetizada pelo método hidrotérmico, calcinada e em
seguida impregnada com 20 % (m/m) de soluções etanólicas de etilenodiamina,
trietanolamina ou uréia. Estes materiais foram designados como E20-M41, T20-M41, U20-
M41, respectivamente. Todas as amostras foram caracterizadas por difratometria de raios
X. Os ensaios da capacidade de adsorção foram realizados através do método gravimétrico
sob fluxo de CO2 puro e temperatura de 25ºC. As capacidades de adsorção dos materiais
funcionalizados foram substancialmente afetadas pela natureza do grupo ligado ao
suporte e variaram na ordem de: E20-M41 > MCM-41 =~ T20-M41 > U20-M41. E20-M41 mostrou
a mais alta capacidade de adsorção de CO2 (73,8 mg/gads) podendo ser considerado um
material promissor para este fim.
PALAVRAS CHAVES: mcm-41-funcionalizado, captura de co2
INTRODUÇÃO: O dióxido de carbono é um componente da atmosfera essencial à vida de vegetais e de
alguns organismos marinhos. Contudo, é considerado o principal contribuinte para o
efeito estufa, supostamente responsável por 60% do aumento da temperatura da
atmosfera, comumente referido como aquecimento global (YAMAKASI, 2003). Entre as
várias fontes de CO2, aproximadamente 30% são geradas de plantas energéticas que
utilizam combustíveis fósseis, correspondendo com a maior contribuição para o
aquecimento global (BENSON, et al., 2008). Assim, é critico o desenvolvimento de
métodos efetivos para captura e sequestro de CO2 de efluentes pós-combustão, tais
como gases de chaminés de plantas industriais. A captura de CO2 da combustão gerada
em fontes estacionárias pode ser realizada usando tecnologias criogênicas ou através
do processo utilizado por décadas de absorção de CO2 baseados em aminas líquidas,
tais como monoetanolaminas. Estes são processos caros e energeticamente
desfavoráveis, além de apresentar problemas de corrosão (YANG et al., 2010). A
aplicação de adsorventes apropriados no processo de adsorção é promissora. Atualmente
os esforços estão voltados para o desenvolvimento de novos adsorventes de CO2
baseados em zeólitas, redes organometálicas, adsorventes inorgânicos alcalinos,
carbonos e materiais porosos funcionalizados (FRANCHI et al., 2005). O presente
estudo visa investigar a capacidade de adsorção de CO2 (qadsCO2) através de um método
gravimétrico, utilizando como adsorventes materiais mesoporosos do tipo MCM-41
impregnados com uréia, trietanolamina e etilenodiamina.
MATERIAL E MÉTODOS: O suporte MCM-41 foi sintetizado segundo procedimento anteriormente descrito por
(SOUZA et al., 2004). A síntese do material partiu de tetraetilortosilicato como
fonte de silício, hidróxido de sódio como fonte de sódio, brometo de
cetiltrimetilamônio (CTMABr) como direcionador e água destilada. Para ajuste de pH
foi usada uma solução de ácido acético 30%. As substâncias foram misturadas para se
obter um gel de composição molar de: 4.58SiO2:0.437Na2O:1CTMABr:200H2O. O hidrogel
foi colocado em autoclave e aquecido a 100 ºC durante 72 horas com ajuste diário de
pH. O material resultante foi filtrado, lavado com água destilada e seco a 100ºC/2h.
O sólido obtido foi calcinado a 450ºC por 2h para remoção do surfactante residual. O
material foi caracterizado por difratometria de raios X (DRX) em 2 theta de 1,5 a
10º. A impregnação via úmida do suporte foi realizada como descrito por (FRANCHI et
al., 2005), através da adição de quantidades definidas das soluções etanólicas de
etilenodiamina (EDA), trietanolamina (TEA) e uréia (UR), para se obter MCM-41
modificado na concentração de 20% (m/m). Após a impregnação os materiais foram
colocados em estufa a 60ºC para evaporação do excesso de solvente. As amostras foram
designadas respectivamente como: M-41 (sem modificação), E20-M41, T20-M41, U20-M41. A
capacidade de adsorção de CO2 (qadsCO2) de cada material foi determinada via método
gravimétrico. Os testes foram realizados a temperatura ambiente, pressão atmosférica,
utilizando 0,5 g de amostra e sob fluxo de CO2 puro durante 30 min.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: De acordo com a Fig. 1a o padrão de DRX para a amostra M-41 exibiu picos de difração
característicos correspondentes a simetria hexagonal (SOUZA et al., 2004); mostrando
um pico intenso em 2,39º, relacionado ao índice (100) e mais três picos bem
resolvidos na faixa de 2 theta de 3-8º atribuídos aos planos (110), (200) e (210). A
Fig. 1b mostra os padrões de DRX para as amostras impregnadas, em que se observa
perda da intensidade do maior pico de difração comparado com aquele do suporte puro,
devido ao preenchimento dos poros. Contudo, os dados mostram que a estrutura
mesoporosa do material foi preservada depois da impregnação. Antes da impregnação, o
suporte MCM-41 mostrou uma qadsCO2 de 30,7 mg/gads. A baixa capacidade de adsorção
pode ser atribuída à fraca interação entre CO2 e MCM-41. A Fig. 2. mostra as
capacidades de adsorção para o suporte MCM-41 e MCM-41 modificado. E20-M41 apresentou
a mais alta qadsCO2 de 73,8 mg/gads que é 2,4 vezes maior que o próprio suporte. Esse
resultado pode ser atribuído à presença de dois grupamentos amina por molécula
incorporada ao suporte, realçando o número de sítios disponíveis para adsorção.
Apesar da presença de dois grupamentos amina na uréia, aparentemente aptos para
interagir com CO2, U20-M41 forneceu uma capacidade 2,3 vezes menor que o suporte. O
material T20-M41 também apresentou uma menor qadsCO2, 25,4 mg/gads, em comparação com
MCM-41, o que pode estar relacionado com o bloqueio dos poros do suporte devido à
presença de três grupos etanol na amina terciária, dificultando ainda a aproximação
das moléculas de CO2.
CONCLUSÕES: Material do tipo MCM-41 foi funcionalizado com materiais contendo diferentes
grupamentos amina por impregnação via úmida. Os adsorventes apresentaram diferentes
qadsCO2, as quais podem estar relacionadas com a quantidade e o tipo de sítios
disponíveis para interação adsorvente-adsorvato. O material impregnado com 20% EDA
apresentou a mais alta capacidade de adsorção, com valor bem próximo para uso em
processos industriais. O tipo de amina empregada e a alta área superficial aliado aos
canais mesoporosos uniformes do MCM-41 podem ter criado um efeito sinérgico para o E20-
M41.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq e a Petrobras pelos auxílios financeiros.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BENSON, S.M.; ORR JR, F.M., 2008. Carbon dioxide capture and storage, MRSBull., 33: 303-305.
FRANCHI, R.; HARLICK, P.J.E.; SAYARI, A. 2005. A high capacity, water tolerance adsorbent for CO2: diethanoelamine supported on pore-expanded MCM-41, Studies in surfaces science and catalysis. 156: 879-886.
SOUZA, M. J. B.; SILVA, A. O. S.; AQUINO, J. M. F. B.; FERNANDES JR, V. J.; ARAUJO, A. S.2004. Kinetic study of template removal of MCM-41 nanostructured material. J. Therm. Anal. Cal., 75:693-698.
YAMAKASI, A. J. 2003. An overview of CO2 mitigation options for global warming emphasizing CO2 sequestration options, J. Chem. Eng. Jpn., 36:361-375.
YANG, S-T.; KIM, J.; AHN, W-S. 2010. CO2 adsorption over ion-exchanged zeolite beta with alkali and alkaline earth metal ions. Mircopor. Mesopor. Mater., 135:90-94.
