ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: Identificação da estrutura e das propriedades da argila comercial Phoslock®
AUTORES: SOUZA, G. A. (UFC) ; ROLIM, J. C. R. DE A. (UFC) ; SILVA, L. R. D. DA (UFC)
RESUMO: Argilas quimicamente modificadas tem suas propriedades de adsorção mais eficientes, como por exemplo o produto comercial, Phoslock®. Este produto possui a capacidade de remover fosfatos de água e sedimentos, evitando o processo de eutróficação. Em vista da importância ambiental e escassez de trabalhos que melhor caracterizam a estrutura da Phoslock®, foram realizadas análises por diversas técnicas para identificar as propriedade desse material. Para tanto, foram empregadas as técnicas de difratometria e fluorência de raios-X, ponto isoelétrico, análise térmica e espectroscopia de infravermelho. A phoslock é predominantemente uma argila modificada, com elevada quantidade de fluor que contribui para um ponto isoelétrico em ampla faixa de pH.
PALAVRAS CHAVES: phoslock, argila, raios-x
INTRODUÇÃO: Phoslock® é um produto natural (filossilicato) modificado, desenvolvido para reduzir e reter significativamente a concentração de fósforo reativo dissolvido (FRD) presente em água, sedimento e camada intersticial de corpos da água. O FRD é o principal nutriente para o crescimento de algas tóxicas como cianobactérias. A limitação deste nutriente impede a proliferação desordenada destas algas, evitando os danos causados por suas toxinas à organimos aquáticos, animais e humanos. O produto já foi aplicado em 20 países, onde o mesmo é diluído na água do próprio lago e lançado homogeneamente sobre a superfície da água de acordo com a dose pré-estabelecida. Após a aplicação, durante a sedimentação do Phoslock® através da coluna da água, mais de 95% do FRD é rapidamente adsorvido (< 4h) formando um complexo insolúvel com a estrutura de argila modificada. Isto possibilita que outras espécies de algas (benéficas) se restabeleçam, possibilitando a recuperapação da estrutura trófica no ecossistema. Ao decantar na interface água-sedimento, forma-se uma camada de 1-3mm no fundo do reservatório. Esta camada de Phoslock® é capaz de remover o FRD do sedimento, tamponando o fluxo de fósforo proveniente do sedimento. Desta forma, a falta de nutrientes na água tem impacto direto sobre a proliferação das alga tóxicas, eliminando-as. Uma tonelada de Phoslock® é capaz de remover 34 kg de fosfato (11kg P). Este produto apresenta funcionalidade dentro de um ampla faixa de pH ~4 a 11 e consegue remover fosfatos até mesmo sob condições anóxicas (ROBB et al., 2003). Tendo em vista a importância ambiental e a falta de trabalhos que melhor caracterizem a estrutura da Phoslock® e suas funcões, prentende-se caracterizar sua estrutura e as suas propriedade físico-químicas para uma melhor compreensão.
MATERIAL E MÉTODOS: As análises foram realizadas em um difratômetro de raios-X (método do pó). Esta técnica pode gerar informações valiosas sobre as características estruturais de um composto (ALBERS et al., 2002). Quando um cristal é exposto a um feixe monocromático de raios-X, cada célula unitária da sua rede cristalina produz um efeito de difração dos raios-X. Dessa forma, resulta que o caminho seguido pela radiação X difratada deve ter o mesmo comprimento para todos os átomos de um plano (h k l) da estrutura cristalina. Para a identificação das fases na análise de difração de raios-X, usou-se o software PANalytical X’Pert HighScore Plus da Philips. Para auxiliar a identificação das fases cristalográficas, realizou-se também a fluorecência de raios-X em equipamento ZSXMini II – Rigaku para quantificação de elementos do F ao U. Na refinamento foram considerados a posição 2 theta e as larguras a meia altura de todos os picos, coeficientes assimétricos, fator de escala, parâmetros de rede e polinomiais da linha de fundo. A determinação do ponto isoelétrico (IEP; pH no qual a partícula em suspensão tem carga eletrostática superficial igual a zero) foi realizada conforme literatura (DINGER, 2006), consistindo em misture uma amostra de pó fino (phoslock) com água destilada num béquer relativamente grande, e em seguida dividir esta suspensão em onze pequenos béqueres que possam armazenar suspensão suficiente para preencher um tubo de ensaio. Depois, usando ácido nítrico, titulou-se os béqueres até o próximo menor valor inteiro de pH abaixo do pH inicial, até pH 2; e usando hidróxido de potássio para aumentar o pH até todos os valores inteiros até pH 12. Os tubos de ensaio permaneceram em descanso por uma noite.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na análise de fluorescência de raios-X foram detectados os seguintes elementos: 89,68% de flúor; 5,64% de silício; 3,68% de alumínio; 0,35% de lantânio; 0,14% de cálcio; 0,13% de ferro; 0,03% de cloro; 0,02% de titânio; 0,02% de potássio. Pode-se observar uma quantidade bastante significativa de fluor na composição desta argila modificada, necessário para exercer suas propriedades de remoção de fosfatos. A proporção de silício e alumínio são coerentes com as argilas da classe das esmectitas (GOMES, 2002). A presença de lantânio está relacionado com a inserção do mesmo na estrutura da argila, ou seja, modificação química (HAGHSERESHT et al., 2009). Estes dados de fluorescência auxiliaram na determinação das fases cristalográfica por difratometria de raios-X. A Figura 1 apresenta o difratograma de raios-X da amostra Phoslock®. O refinamento, usando o software (Figura) apresentou como fase predominante a nontronita (em verde), com aproximadamente 60%, e 40% de montmorilonita (em azul), que são argilominerais constituintes da bentonita. Os dois picos na posição 2 theta acima de 50 são característicos da montmorilonita também, comparado com um segundo padrão. O pico em 6,9 graus caracteriza uma argila mesoporosa. Como se trata de uma argila químicamente modificada, há um deslocamento de picos para graus menores, como consequência do aumento do espaço interlamelar pela inserção de lantânio. Na determinação do IEP da uma amostra de Phoslock®, observou-se que a argila mantem-se flocuada e decantada na faixa de pH de 2 a 12 (ROSS et al., 2008).
CONCLUSÕES: A Phoslock é uma argila modificada, com expressiva quantidade de fluor em substituição ao silício, principalmente, resultando em um material muito versátil em uma ampla faixa de pH, na eleminação do fosfato, o principal agente químico causador do processo de eutrofisação.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Instituto de Ciências do Mar – Labomar, UFC, CNPq, pela infraestrutura e o apoio financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALBERS, A. P. F.; MELCHIADES, F. G.; MACHADO, R.; BALDO, J. B.; BOSCHI, A. 2002. O. Um método simples de caracterização de argilominerais por difração de raios X. Cerâmica, 48: 34-37.
DINGER, D. 2006. Medidas de Pontos Isoelétricos sem o Uso de Analisador de Potencial Zeta. Cerâmica Industrial, 11: 23-24.
GOMES, C. S. F. 2002. Argilas: Aplicações na Indústria. O liberal, empresa de Artes Gráficas, Aveiro.
HAGHSERESHT, F.; WANG, S.; DO, D.D. 2009. A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters. Applied Clay Science, 46: 369–375.
ROBB, M.; GREENOP, B.; ZOEGOSS; DOUGLAS,G.; ADENEY, J. 2003. Application of PhoslockTM, an innovative phosphorus binding clay, to two Western Australian waterways: preliminary findings. Hydrobiologia, 494: 237–243.
ROSS, G.; HAGHSERESHT, F.; CLOETE, T. E. 2008. The effect of pH and anoxia on the performance of Phoslock®, a phosphorus binding clay. Harmful Algae, 7: 545–550.
