ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Materiais
Autores
Duarte, P.H.A. (UFRJ) ; Ribeiro, E.S. (UFRJ) ; Afonso, J.C. (UFRJ)
Resumo
O presente trabalho consiste na síntese e na caracterização de novos materiais, o SiO2/Al2O3/WO3 (SiAlW) e o SiO2/WO3 (SiW) que são óxidos mistos sintetizados pelo processo sol-gel com o intuito de serem usados como novos adsorventes de contaminantes em águas de produção da indústria do petróleo. A caracterização se dará através de espectroscopia no infravermelho (IV), difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Algumas análises estão em andamento e os resultados serão avaliados e conclusivos para a correta caracterização do material e sua posterior utilização como adsorvente de íons metálicos em solução.
Palavras chaves
sol-gel; oxido misto; síntese
Introdução
Um grande número de adsorventes são conhecidos na literatura e são principalmente compostos inorgânicos como a sílica (SiO2) e o óxido de alumínio (Al2O3); podendo ser também orgânicos, como polímeros (resinas quelantes ou polímeros não polares) e a base de carbono como carvão ativado e fulereno(RAO et al., 2006; TARLEY et al., 2006). Adsorventes de origem natural, na sua maioria, não apresentam estabilidade e nem seletividade química suficiente para a utilização. Devido a esse fator, existe uma tendência no desenvolvimento de novos materiais que pela variação da composição química, sejam bons adsorventes, adquirindo assim, novas propriedades físico-químicas e uma estrutura química estável tornando útil a sua utilização. Esses novos adsorventes devem possuir elevada área superficial, estrutura química estável em ampla faixa de pH, elevada e rápida taxa de adsorção e de eluição e um baixo custo de síntese. A sílica possui esses requisitos de forma adequada, porém sua matriz apresenta algumas limitações como baixa seletividade do grupo silanol (Si-OH) que é considerado um ácido fraco e de baixa estabilidade química em pH elevado pela hidrólise de grupos siloxanos(ETIENNE & WALCARIUS, 2003; ALFAYA, 1999). O presente trabalho tem o intuito de avaliar a mistura de óxidos dispersos na matriz de sílica duplamente modificada com óxidos mistos e unicamente modificada, aplicando o processo sol-gel que permite a obtenção de um sólido com porosidade controlada e as partículas de óxidos metálicos amplamente dispersos na matriz (SILVEIRA et al., 2005). O objetivo principal é a síntese dos materiais SiO2/Al2O3/WO3(SiAlW) e do SiO2/WO3(SiW) pelo processo sol-gel e a sua posterior caracterização para uma futura utilização na adsorção de íons metálicos em solução.
Material e métodos
Síntese A:60%SiO2/10%Al2O3/30%WO3. Em um reator de 500 ml adicionou-se tetraetilortosilicato(TEOS, 98%); etanol PA e uma solução de HCl 3,5 mol/l para promover a pré-hidrólise do TEOS. A solução resultante foi agitada por 3 h à temperatura de 70°C. Em seguida adicionou-se tungstato de sódio 99% pré-dissolvido em etanol PA; isopropóxido de alumínio 98% pré-dissolvido em ácido trifluoroacético e uma solução de HCl 3,5 mol/l gota a gota com o auxílio de um funil de adição e deixou-se agitar à temperatura de 70°C até a formação do gel. A mistura resultante foi transferida para um béquer e aquecida a 80°C até completa evaporação do solvente para formação do gel e depois aquecido por 4 h em estufa a 80°C. O material foi cuidadosamente triturado e o solvente remanescente foi evaporado a 80°C a vácuo (cerca de 10-3 mmHg) por cerca de 4 h obtendo-se um gel completamente seco. O material foi lavado em um extrator de Soxhlet por 6 h com etanol. Posteriormente foi lavado com HNO3 0,1 mol/l, várias vezes com etanol, água deionizada e novamente com etanol. Finalmente, o sólido foi seco a 80°C a vácuo (cerca de 10-3 mmHg) por cerca de 2 h à temperatura ambiente (ALFAYA, 2002; BRINKER et al., 1990; FONSECA, 2012). Síntese B:70%SiO2/30%WO3. O mesmo procedimento alterando apenas na 1ª etapa que adicionou-se TEOS, 98%; etanol PA uma solução de HCl 3,5 mol/l e não houve a adição de isopropóxido de alumínio. Para a caracterização, estão sendo utilizadas: Calcinação à 200, 400, 600, 800 e 1000°C das amostras para serem analisadas por DRX, XPS e IV; Infra Vermelho (IV); Difração de Raios X (DRX); Análise Termogravimétrica (TGA); Microscopia eletrônica de varredura (MEV); Fluorescência de raios X (FRX); Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS).
Resultado e discussão
Os resultados de fluorescencia de raios X (FRX) apresentaram 71% de SiO2,
19% de WO3 e 9% de Al2O3 para o primeiro material SiAlW. Para o segundo
material, o SiW a proporção foi de 87% de SiO2 e 11% de WO3. Os espectros de
IV indicam que a sílica é pouco perturbada pela adição de Al2O3 e de WO3,
pois se assemelham com a sílica pura por apresentarem bandas em 3450 cm-1,
1630 cm-1, 1100 cm-1, 800 cm-1 e 464 cm-1, sugerindo que os óxidos estão
dispersos na rede de SiO2. Pelas análises das isotermas de adsorção e
dessorção de N2 a 77K, pela técnica BET foram obtidos os seguintes
parêmetros: Para o SiAlW, uma área superficial específica de 404,9 m2/g,
volume de poro de 0,038 cm3/g pelo método da dessorção BJH e tamanho de poro
pelo método de dessorção de 17,48 Angstrons. Para o SiW, a área superficial
foi de 710 m2/g, volume de poro de 0,128 cm3/g pelo método da dessorção BJH
e tamanho de poro pelo método de dessorção de 17,51 Angsrons.
Ainda terão resultados do DRX do material e das suas calcinações, XPS e MEV,
porém com os resultados obtidos, já é possível o início de uma
caracterização e obter informações conclusivas sobre a síntese dos materiais
avaliando a possibilidade de serem utilizados como bons adsorventes com
seletividade para íons metálicos em solução.
Conclusões
A síntese dos materiais foi bem sucedida devido a experimentos que comprovaram as porcentagens de cada óxido em sua composição. Com os resultados de caracterização obtidos até o momento, o produto SiAlW mostrou-se melhor quanto as porcentagens esperadas da composição de óxidos, quanto a porosidade e área superficial relativa do que o SiW, e por tanto, mais eficiente na utilização. Visto isso, espera-se que tenha melhores resultados na adsorção de íons metálicos em solução para qual será utilizado no prosseguimento do trabalho.
Agradecimentos
Agradeço ao Programa de Pós Graduação do Instituto de Química UFRJ pela oportunidade; a CAPES pelo incentivo financeiro e a meus orientadores.
Referências
ALFAYA, A. A. S.; GUSHIKEM, Y., The preparation and application of silicazirconia xerogel as potentiometric sensor for chromium(VI). Journal of Colloid and Interface Science, v. 209, n. 2, p. 428-434, 1999.
ALFAYA A. A. S.; KUBOTA, L. T., A utilização de materiais obtidos pelo processo de sol-gel na construção de biossensores. Química Nova, v. 25, N. 5, p. 835-841, 2002.
BRINKER, C. J.; SCHERER, G. W., Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel. Processing, Academic Press, Inc. San Diego, 1990.
ETIENNE, M.; WALCARIUS, A., Analytical investigation of the chemical reactivity and stability of aminopropyl-grafted silica in aqueous medium. Talanta, v. 59, n. 6, p. 1173–1188, 2003.
FONSECA, B. T., SiO2/Al2O3/Sb2O5: síntese, caracterização e aplicação eletroquímica do novo material obtido pelo processo sol-gel. 2012. Dissertação (Mestrado), IQ-UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
RAO, T. P.; KALA, R.; DANIEL, S., Metal ion-imprinted polymers -Novel materials for selective recognition of inorganics. Analytica Chimica Acta, v. 578 n. 2, p. 105-116, 2006.
SILVEIRA, C. B.; OLIVEIRA, A. F.; CAMPOS, S. D.; CAMPOS, E. A.; CARASEK, E.
Glass Fibers Coated With Nb2O5 For Use in SPME. Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects: Physicochemical and engineering Aspects, v. 259, p. 15-22, 2005.
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