ÁREA: Materiais
TÍTULO: Estudo das características estruturais da zeólita natural clinoptilolita após modificação com cátions mono, di e trivalentes.
AUTORES: Pereira, M.L. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)
RESUMO: Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da substituição dos cátions de
compensação de uma zeólita natural do tipo clinoptilolita após modificação com
cátions mono, di e trivalentes sobre a área superficial e o tamanho dos poros
após. Inicialmente a zeólita natural foi modificada com íons sódio para a obtenção
de um material com maior capacidade de troca iônica e posteriormente modificada
com íons cálcio e alumínio. A área superficial e o tamanho de poros foram
determinados pelo método BET-N2. Após a análise dos resultados se verificou que a
área superficial e o tamanho dos poros da zeólita natural não sofreram alterações
significativas quando modificado pelos íons sódio e cálcio, entretanto, o tamanho
dos poros quando modificado com íons alumínio diminuiu significativamente.
PALAVRAS CHAVES: Zeólita; área superficial; tamanho de poros
INTRODUÇÃO: Zeólitas são aluminossilicatos compostos de uma rede tridimensional de SiO4 e
AlO4 ligados entre si por átomos de oxigênio. Cada átomo de oxigênio é comum a
dois tetraedros vizinhos, originando uma estrutura microporosa, onde os canais
comumente são ocupados por moléculas de água ou cátions metálicos, que são, em
geral, trocáveis. A área superficial e o tamanho dos poros são características
importantes relacionadas às zeólitas, pois influenciam diretamente em aplicações
como catálise ou troca iônica. A modificação da zeólita natural com cátions
mono, di e trivalentes nesse trabalho teve como objetivo estudar o efeito dessas
substituições e as alterações que os cátions provocam nas características
estruturais do material zeolítico.
MATERIAL E MÉTODOS: 10,0000 g de zeólita natural e 200 mL de solução 1 M de cloreto de sódio foram
mantidos sob agitação constante por 24 h à temperatura ambiente. Após o período
de agitação, a suspensão foi filtrada a vácuo utilizando-se papel de filtro de 3
mm, lavada 3 vezes com 100 mL de água destilada para remoção de excesso de sódio
e o filtrado seco em estufa a 100º C por 24 h. Procedimento seguido para
obtenção da forma quase homoiônica sódica, denominada ZNa. Para a obtenção da
forma quase homoiônica com cálcio, denominada ZCa, a metodologia seguida foi
análoga à ZNa, empregando-se para isso soluções de cloreto de cálcio di-
hidratado. A modificação química com alumínio visou à obtenção de um material
com carga superficial positiva devido à trivalência do alumínio. A modificação
foi efetuada utilizando-se a forma quase homoiônica ZNa como material inicial.
Utilizou-se a amostra ZNa em virtude da maior efetividade de troca iônica em
estruturas zeolíticas carregadas com cátions monovalentes. A troca iônica com
alumínio foi efetuada empregando-se sulfato de alumínio. A área superficial foi
realizada utilizando um equipamento analisador de área superficial e tamanho dos
poros modelo NOVA 2200e, Quantachrome Instruments. Uma quantidade em torno de
0,5 g de cada material analisado após secagem foi colocado no equipamento para
determinação da área superficial. De acordo com o material em estudo (neste
caso, mineral zeólita), as condições de trabalho do equipamento foram adaptadas
para 77,3 K de temperatura e adsorção de nitrogênio para certificação de
atmosfera inerte. A determinação foi realizada por meio da adsorção e dessorção
de nitrogênio nas amostras em condições de vácuo a 0,100 mmHg de pressão.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A área superficial da amostra ZNatural apresentou resultado parecido ao
encontrado por Soares (2010), 22,62 m2/g (SOARES, 2010). Conforme abordado por
MERG et al. (2010), zeólitas como modernita, estilbita e zeólitas sintéticas, a
área superficial específica é grande com relação a área superficial específica
da zeólita natural clinoptilolita. Segundo AGUIAR et al. (2002), a área
superficial influencia no processo de troca iônica, tendo em vista que cátions
trocáveis das estruturas zeolíticas estão presentes em sítios internos,
dificultando sua remoção caso a área superficial seja pequena, em virtude da
dificuldade de interação entre cátions em solução e os cátions dos sítios
internos. Diante dos resultados, e tendo em vista os trabalhos envolvendo
modificação química com diversos cátions metálicos (KOCAOBA et al., 2007; BEKTAS
& KARA, 2004), e evidências de que o processo de adsorção física supera o de
troca iônica quando envolve cátions com valência 3+ (SHINZATO, 2007; SHINZATO et
al., 2009; BOSCO, 2007), verifica-se que, com a modificação química com cátions
mono e divalentes que a área superficial não sofreu alterações significativas,
porém, com a modificação envolvendo o alumínio a área superficial modificou-se
significativamente. A baixa área específica da zeólita natural modificada com
alumínio (ZAl) pode ser atribuída à adsorção física envolvendo a estrutura
zeolítica e os cátions alumínio, formando multicamadas e, consequentemente,
obstruindo os poros existentes na zeólita.
Parâmetros estruturais.
Valores das áreas superficiais e tamanhos dos poros
da zeólita natural e das formas modificadas.
CONCLUSÕES: O tamanho dos poros não foi alterado com as modificações químicas, entretanto, a
zeólita modificada com íons trivalentes teve uma diminuição significativa na área
superficial, que pode ser atribuída à obstrução dos poros na zeólita e
consequentemente diminuição na área superficial.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AGUIAR, M. R. M. P.; NOVAES, A.C. Remoção de metais pesados de efluentes industriais por aluminossilicatos. Rio de Janeiro – RJ, Vol. 25, No. 6B, 1145-1154, 2002.
BEKTAS, N.; KARA, S. Removal of lead from aqueous solutions by natural clinoptilolite: equilibrium and kinetic studies. Separation and Purification Technology, v.39, p. 189-200, 2004.
BOSCO, S. M. D. Remoção de cromo de solução aquosa utilizando rocha sedimentar contendo zeólita. Campinas: UNICAMP, 2007. 46 p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Geociências, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2007.
KOCAOBA, S.; YÜKSEL, O.; AKYÜZ, T. Kinetics and equilibrium studies of heavy metal ions removal by use of natural zeolite. Desalination, v. 214, p. 1-10, 2007.
MERG, J. C.; ROSSETT, F.; PENHA, F. G.; PERGHER, S. B. C.; PETKOWICZ, P. I.; SANTOS, J. H. Z. Incorporação de dióxido de titânio em zeólitas para emprego em fotocatálise heterogênea. Química Nova, v. 33, n. 7, p. 1525-1528, 2010.
SHINZATO, M. C. Remoção de metais pesados em solução por zeólitas naturais: Revisão Crítica. Revista do Instituto Geológico, São Paulo, 27-28 (1/2), 65-78, 2007.
SOARES, F. S. C. Caracterização e Aplicação de Zeólitas Naturais. 2010. 228f.. Tese (Doutorado em Química – Química Analítica) – Centro de ciências e de tecnologia, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2010.