Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: MATERIAIS MESOESTRUTURADOS PARA SEREM UTILIZADOS EM PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS E AMBIENTAIS
AUTORES: Melo, R. (UNIBH) ; Santos, A. (UNIBH) ; Brandão, A. (UNIBH) ; Ribeiro, J. (UNIBH) ; Aguiar, B. (UNIBH) ; Vieira, M. (UNIBH) ; Junior, H. (UNIBH) ; Fernandes, L. (UNIBH) ; Faria, R. (UNIBH)
RESUMO: O estudo possibilitou a síntese de materiais mesoestruturados do tipo Si-MCM-41 e Al-MCM-41 para utilização como adsorvente ambiental e industrial. Materiais contendo estrutura hexagonal do tipo MCM-41, apresentam ótima capacidade de adsorção de óleo, devido suas características hidrofóbicas (Si-MCM-41), podendo ser utilizado na indústria química, petroquímica, de petróleo/gás. Outra possibilidade de utilização desses materiais seria como suportes catalíticos ou catalisadores (Al-MCM-41); devido sua alta área superficial e tamanho de poros, respectivamente. Os materiais foram preparadas em laboratório por método hidrotérmico na temperatura de 150°C e caracterizadas através de DRX, BET, FTIR e MEV. Na sequência as amostras foram submetidas a testes de adsorção na presença de hidrocarboneto.
PALAVRAS CHAVES: Síntese MCM-41; Caracterização; Meio Ambiente
INTRODUÇÃO: Os materiais mesoestruturados do tipo MCM-41 são sólidos porosos que possuem elevada área superficial que possibilita uma alta capacidade de adsorção. Esses materiais podem ser empregados como adsorventes ou catalisadores em vários processos industriais e ambientais (OLIVEIRA et. al., 2009). Dentre os materiais estruturados as peneiras moleculares "zeólitas" são as mais utilizadas industrialmente; devido, suas características de tamanho de poros bem definidos, alta estabilidade térmica, química e de capacidade de adsorção.
As zeólitas contendo sítios ativos permitem sua utilização em várias aplicações específicas e em processos da indústria química; porém, o fator limitante de sua aplicação está relacionado ao tamanho de poro em torno de 7,4A que impedem que moléculas de maiores diâmetros cinéticos sejam processadas em seu interior. Devido a necessidade do processamento dessas moléculas, foram sintetizadas as mesoestruturas pseudo-hexagonais Si-MCM-41 e Al-MCM-41 com poros de tamanhos ajustáveis e com elevada área superficial (MELO, R., 2000).
A poluição química orgânica e inorgânica tem se mostrado como um dos problemas mais graves ao meio ambiente. Entre os principais causadores deste tipo de poluição destacam-se alguns metais pesados, que são altamente tóxicos e não compatíveis com a maioria dos tratamentos biológicos realizados nos efluentes (AGUIAR & NOVAES, 2002) e o derramamento de óleo em acidentes de bacias Offshore de petróleo. Estudos mostram que a estrutura da MCM-41 pode ser utilizada como adsorvente solucionando esses problemas e também na transesterificação de óleo de fritura usado minimizando as questões ambientais (PEREIRA et. al., 2010).
MATERIAL E MÉTODOS: As mesoestruturas de Si-MCM-41 e Al-MCM-41 foram sintetizadas através do processo hidrotérmico, sob pressão autógena, na temperatura de 150°C, utilizando-se a seguinte composição molar: SiO2:n:0,07Na2O:0,27C16TMA+:0,14TMA+:100H2O, onde n corresponde ao percentual de Al2O3 para formar a mesoestrutura Al-MCM-41, com relação Si/Al igual a 30, utilizando-se os seguintes reagentes para ambas as sínteses dos materiais: Sílica Amorfa, Trissilicato e Aluminato de Sódio, Hidróxido de Tetrametilamônio (TMAOH), Brometo de Cetiltrimetilamônio (CTMABr). Após a síntese as amostras obtidas foram lavadas e submetidas ao processo de extração do surfactante ocluído no interior dos poros estruturais. A extração do surfactante ocorreu utilizando-se 1g da amostra para cada 150mL da solução extratora (HCl/Hexano (1:1)) na temperatura de 78°C, durante 3 dias utilizando um extrator Soxhlet. O sólido recolhido ao final do processo foi lavado com água, deionizada e secado por 2 horas em estufa a 110°C. As amostras foram também caracterizadas através de DRX, BET, FTIR e MEV.
Em seguida 0,2g de cada amostra foi colocada em contato com as fases água (10mL) / óleo (0,5mL) durante 24 horas. O material posteriormente recolhido foi secado na temperatura de 110°C e pesado gravimetricamente; avaliando-se, a massa de óleo adsorvida pelo material. Observou-se que a mesoestrutura Si-MCM-41, apresenta melhores características como adsorvente ambiental. Testes também estão sendo realizados com vapores de hidrocarbonetos e os resultados mostram-se promissores.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As análises de difração de raios-X (Figura 1) indicam a presença da mesestrutura hexagonal de MCM-41, para as amostras sintetizadas. Observa-se através das análises de DRX uma maior desorganização estrutural para a amostra contendo a presença do alumínio (Al-MCM-41) em relação a Si-MCM-41, indicativo de que a presença do alumínio no processo de síntese afeta a estrutura organizacional da MCM-41.
As análises de BET indicaram o perfil de isotermas do tipo IV, características de estruturas mesoporosas com áreas superficiais em média de 950m2/g, volume de poros de 0,8 cm3/g e diâmetros de poros próximos de 27Å, para as amostras após o processo de extração do surfactante. As análises de FTIR mostram que partes significativas do surfactante contido nas estruturas foi removido após o processo de extração. Através da análise de MEV (Figura 2) para a amostra Si-MCM-41, verificou uma morfologia característica superficial e com tendência a uma estrutura hexagonal típica de MCM-41. Estudos mostram que a superfície hidrofóbica da Si-MCM-41; ou seja, os grupos silanos provem a adsorção de hidrocarbonetos e permitem também uma boa interação com a fase aquosa.
Figura 1.
DRX da amostra de Si-MCM-41 e Al-MCM-41, após o processo de sínteses.
Figura 2.
MEV da amostra de Si-MCM-41, antes da extração do surfactante.
CONCLUSÕES: Os resultados de DRX comprovaram a formação da mesoestrutura de MCM-41, com maiores defeitos estruturais para a amostra de Al-MCM-41 em relação a Si-MCM-41. Observou-se, através da análise de BET áreas consideráveis próximas de 1000m2/g e diâmetros de poros em torno de 27A para as amostras estudadas. As análises de FTIR mostraram que o processo de extração do surfactante ocorreu eficientemente e a análise de MEV mostrou uma morfologia característica da mesoestrutura de MCM-41. As características hidrofóbicas da Si-MCM-41 promoveram a adsorção de hidrocarbonetos oriundos do petróleo.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem o suporte financeiro concedido pela FAPEMIG (Processo: APQ- 00432-11 – Edital Universal). Ao UNIBH pelas bolsas concedidas aos discentes.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AGUIAR, M.R.M.P.; NOVAES, A.C. Remoção de metais pesados de efluentes industriais por aluminossilicatos. Química Nova, v.25, 2002, p.1145-1154.
MELO, R.; Síntese e Propriedades da Peneira Molecular Mesoporosa MCM-41. Tese de Doutorado. UFSCar-SP, 2000.
OLIVEIRA, M. S et. al., Remoção de Corante Azul de Metileno em Meio Aquoso Usando Adsorção Sobre Materiais Mesoporosos MCM-41-41, IV CONNEPI, Belém – PA, 2009.
PEREIRA, F.A.R et. al., Avaliação Catalítica do Al-MCM-41 na Transesterificação de Óleo de Algodão., RASBQ, 2010.