ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: Avaliação do mecanismo de formação da zeólita 4A obtida a partir de solo argiloso e areno-argiloso
AUTORES: NUNES, Y. L. (UFC) ; ANDRADE, J. C. R. (UFC) ; SOARES, T. R. V. (UFC) ; SILVA, L. R. D. DA (UFC)
RESUMO: A síntese de zeólitas quase sempre utiliza uma fonte de silício e alumínio, e as argilas são uma opção economicamente viável. Desta forma, foi avaliado o mecanismo de síntese hidrotérmica da zeólita 4A obtida a partir de rochas argilosas e areno-argilosas de Campina Grande-PB e Campos Sales-CE, respectivamente. Foram realizadas 4 sínteses hidrotérmicas de cada amostra, com interrupções em diferentes etapas. As zeólitas obtida a partir da argila de Campina Grande e Campos Sales não apresentaram alterações. A cristalização ocorreu durante a última etapa, denominada de cristalização, concordando com o mecanismo proposto.
PALAVRAS CHAVES: zeólita, argila, caulim
INTRODUÇÃO: Zeólitas são aluminossilicatos cristalinos contendo poros e cavidades de dimensões moleculares. Muitas zeólitas ocorrem como minerais naturais, mas são as variedades sintéticas que estão entre as mais usadas como adsorventes, catalisadores e materiais de troca-iônica, pois apresentam uma série de vantagens em relação às naturais, uma vez que permitem ajustes das dimensões dos cristais, da composição, da polaridade, da porosidade, dentre outras (GUISNET & RIBEIRO 2004). Os cristais zeolíticos possuem estruturas que revelam arranjos regulares de canais e cavidades criando um labirinto em nanoescala que pode ser preenchido com água ou outras moléculas. As condições de síntese são fatores importantes na obtenção da zeólita 4A, pois a mesma é metaestável, ou seja, caso as condições termodinâmicas de síntese sejam alteradas, outras zeólitas podem ser obtidas, e pequenas variações poderiam fazer com que o produto desejado fosse impuro por meio de co-cristalização de outras fases com uma composição similar, mas com propriedades completamente diferentes (CUNDY & FOX, 2005). Para realizar a síntese de zeólitas, o precursor deve ser uma fonte de silício e alumínio. Por esse motivo a utilização de argilas é bastante vantajosa por apresentarem majoritariamente essa composição e por se tratar uma matéria-prima de fácil obtenção. O presente trabalho objetiva avaliar o mecanismo de síntese hidrotérmica no processo de cristalização da zeólita 4A (ou NaA), a partir de rochas argilosas e areno-argilosas oriundas de Campina Grande-PB e Campos Sales-CE, respectivamente, utilizando as técnicas de difração de raios X e espectroscopia FT-IR.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram realizadas sínteses da zeólita 4A a partir de caulim obtido de duas fontes naturais diferentes, Campos Sales (solo areno-argiloso) e Campina Grande (solo argiloso). As amostras a serem submetidas à síntese foram previamente calcinadas a 600°C por uma hora, para a remoção de água e hidroxila estrutural. Em seguida foram submetidas ao procedimento de síntese constituído de três etapas: formação do gel, envelhecimento e cristalização. Na etapa de formação de gel, o sistema reage com uma solução saturada de NaOH para despolimerização da amostra a temperatura constante. Em seguida ocorre o envelhecimento da amostra, onde o sistema permanece em repouso em temperatura próxima à ambiente para formação das unidades sodalitas. Em seguida o sistema sofre um aquecimento a 90°C, onde ocorre a cristalização (ANDRADE, 2009). Para cada amostra, foram realizadas quatro sínteses que foram interrompidas em diferentes etapas. A primeira na etapa de formação de gel, a segunda no envelhecimento, a terceira após o início da etapa da cristalização e a segunda ao fim da cristalização. Após cada interrupção foi feita uma medição de pH e em seguida a mistura foi centrifugada e lavada cinco vezes com água deionizada. Para cada interrupção, o material sólido obtido foi analisado através das técnicas técnicas de difração de raios X e espectroscopia FT-IR.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Verificou-se na primeira etapa de síntese, que houve solubilização do aluminossilicato seguida de precipitação de um sólido amorfo. Este sólido representa o precursor de um processo térmico de solubilização do silicato, onde a estrutura do gel é despolimerizada por íons OH , produzindo espécies solúveis, enquanto que o cátion hidratado atua como um template para a formação de um núcleo-cristal chamado de unidade sodalita, fase metaestável, na etapa posterior. O tamanho e carga do cátion hidratado que serve como um sítio de nucleação para a unidade de estrutura poliedral. O envelhecimento da mistura reacional ocorre via oligomerização do metacaulim, uma estrutura com cristais na fase metaestável, como sugerem os espectros na região do infravermelho, devido ao aparecimento de bandas referentes a grupos silanóis. O envelhecimento proporciona diminuição na duração da cristalização e no tamanho dos cristais nos produtos finais (LI et al., 2004). Na terceira etapa, com a indução térmica, ocorre a formação de núcleos cristalinos criados pela interface sólido-líquido (barreira de energia livre). Na transição para a quarta etapa, ocorre a cristalização devido ao tempo de indução requerido para formação do núcleo. A nucleação e a separação dos componentes líquidos e sólidos da mistura reacional levam à cristalização das zeólitas (BRECK, 1974). Não houve alteração no perfil dos difratogramas na quarta etapa, porém o rendimento foi maior ao final de todas as etapas propostas. A zeólita obtida a partir da argila de Campos Sales, que possui ferro em substituição isomórfica ao alumínio, não apresentou alterações em seu difratograma correspondente da zeólita A (Figura 1). Foi observado também que os difratogramas da argila de Campina Grande (Figura 2) tiveram o mesmo comportamento.
CONCLUSÕES: O ferro presente na argila de Campos Sales não interfere que a zeólita seja sintetizada pelo mesmo mecanismo de síntese que o caulim de Campina Grande puro. A avaliação permitiu observar os pontos em que ocorre ou não cristalinidade no sistema, que estão de acordo com o mecanismo de síntese proposto.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos a UFC, CAPES, CNPq, FUNCAP, FINEP, BNB, Policlay NT pelo apoio concedido para a realização do trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ANDRADE, J. C. R. A. 2009. Avaliação da disponibilidade de nitrogênio encapsulado em zeólita 4A na fertilização de substrato natural para cultivo de milho (Zea mays L.). Universidade Federal do Ceará, Departamento de Química Orgânica e Inorgânica, Dissertação de Mestrado.
BRECK, D. W. 1074. Zeolites: molecular sieves.
CUNDY, C. S.; COX, P. A. 2005. The hydrothermal synthesis of zeolites: Precursors, intermediates and reaction mechanism. Microporos Mesoporos Mater., 82: 1-78.
GUISNET, M.; RIBEIRO, F. R. 2004. Zeólitos: Um nanomundo ao serviço da catálise.
LI, H. B.; DU, Y. M.; WU, X. J.; ZHAN, H. Y. 2004. Effect of molecular weight and degree of substitution of quaternary chitosan on its adsorption and flocculation properties for potential retention-aids in alkaline papermaking. Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects, 242: 1-8.
