INFLUÊNCIA DOS AGENTES MINERALIZADORES (NaOH e NH4OH) NA OBTENÇÃO DO ÓXIDO DE ZINCO (ZnO)

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Quirino, M.R. (LABQUIM/UFPB) ; Medeiros, J.A. (LABQUIM/UFPB) ; Melo, A.M. (LABQUIM/UFPB) ; Oliveira, M.J.C. (UFCG) ; Ventura, W.S.N. (LABQUIM/UFPB) ; Keyson, D. (UFPB) ; Gama, L. (UFCG)

Resumo

O propósito deste trabalho é sintetizar o ZnO via síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas utilizando como agentes mineralizadores o NaOH e o NH4OH, e avaliar a influência destes nas suas propriedades estruturais, morfológicas e texturais. As amostras foram sintetizadas em um reator hidrotérmico de micro- ondas marca INOVTEC modelo RMW 1. Para o tal, partiu-se de duas soluções de Zn(NO3)2 equimolares diferenciando-se o agente mineralizador. Ora utilizou-se uma solução de NaOH ora foi empregado o NH4OH. As amostras obtidas foram caracterizadas por DRX, MEV e BET. Foi possível observar a fase ZnO para ambas as amostras e através dos MEV observou-se uma morfologia totalmente diferente em função do agente mineralizador e também com relação as propriedades texturais via BET.

Palavras chaves

micro-ondas; síntese; óxido de zinco

Introdução

A combinação do campo magnético das micro-ondas com o método Hidrotérmico convencional (HC) foi nomeada método hidrotérmico assistido por micro-ondas (HMO) (1). O método HMO apresenta uma taxa de aquecimento rápida devido ao aquecimento dielétrico direto do líquido, enquanto que o convencional é indireto (2). Este rápido aquecimento de água ou do sistema reacional proporcionado através do método HMO apresenta como conseqüência a cinética aumentada em 1 ou 2 ordens de magnitude atingindo rapidamente a temperatura de trabalho economizando energia e tempo (3,4). Diversos tipos de óxidos foram sintetizados através do método HMO, utilizando baixas temperaturas, curtos tempos de síntese e morfologia diferenciada, como nano-ouriços de CuO (5). O ZnO apresenta propriedades que conferem a ele muito interesse em aplicações tecnológicas, pois apresenta um elevado gap (3.37eV) a temperatura ambiente com grande energia de excitação da ligação (60meV), o que confere estabilidade química a este composto (6,7,8,9,10). Este material tem sido produzido através de diversas rotas de síntese, entretanto, geralmente aplicam- se altas temperaturas como no método da combustão (11,12). O método HC para síntese deste material aplica-se baixas temperaturas de trabalho, porém longos tempos de síntese (13). No geral, os trabalhos referentes às estruturas diferenciadas para o ZnO via HMO são conseguidos devido a adição ao meio reacional de substâncias orgânicas, tais como direcionadores ou fontes de bases diferenciadas (14, 15, 16). Portanto o objetivo deste trabalho é sintetizar o ZnO nanoestruturado via síntese HMO com morfologia diferenciadas sem utilização de solventes derivados de petróleo e/ou agentes direcionadores, aplicando-se baixa temperatura e curto tempo de síntese.

Material e métodos

Os materiais foram sintetizados em um reator hidrotérmico de micro-ondas marca INOVTEC modelo RMW 1 (f=2,45GHz e P=900W). Inicialmente foram preparadas duas soluções contendo 2,67g de nitrato de zinco. Em cada solução, foi adicionado 60mL de água destilada a temperatura ambiente, sob agitação constante até dissolução dos sais de zinco. Em seguida, foi adicionado 72mL de água destilada, onde o sistema foi submetido a agitação por 10 minutos. Então, em uma das soluções foi adicionado 8mL de uma solução de NaOH (5mol.L-1). Paralelamente, na outra solução preparada da mesma maneira, foi aplicado 5mL de NH4OH. Ambas as soluções precursoras foram submetidas ao mesmo tratamento hidrotérmico. Cada reação foi realizada a 100ºC/30 minutos. Em seqüência o material foi levado a uma estufa para secagem a uma temperatura de 110ºC/12 horas. A amostra onde se utilizou o mineralizador NaOH foi denominada de ZONa30 e a que se empregou NH4OH foi ZONH30. Estes pós foram caracterizados estruturalmente através de difração de Raios-X utilizando um difratômetro de Raios-X SHIMADZU, XRD 6000, com fonte Kα do Cu com ângulo de Bragg variando de 5 a 85º. Os parâmetros de rede foram determinados através do programa REDE 93, desenvolvido pela Unesp-Araraquara. Para caracterização morfológica foi utilizado um equipamento Philips, XL30 FEG SEM. E a caracterização estrutural (adsorção de nitrogênio) utilizado um equipamento modelo ASAP 2000 micrometrics.

Resultado e discussão

Através da Fig. 01 (a) e (b) verificou-se a fase hexagonal do ZnO do tipo wurtzita, sem fases espúrias para ambas as amostras obtidas com mineralizadores diferentes. A amostra alcalinizada com NaOH apresentou TC e CR discretamente superior a amostra alcalinizada com NH4OH, ver Figura 01. De acordo com Rai et al (18), o crescimento dos cristais de ZnO é controlado por dois fenômenos denominados de nucleação e crescimento do cristal. Em pH mais elevados, perto de 14, como neste caso da amostra mineralizada com NaOH (base forte), a nucleação é lenta e o crescimento do cristal é rapida devido a alta concentração de unidades de crescimento. Possivelmente, por esta razão, a amostra alcalinizada com NaOH apresentam maiores TC e CR. A Fig. 02 ilustra o resultado da morfologia dos pós das amostras ZONa30 e ZONH30 de óxido de zinco. Através das micrografias foi observado que a amostra ZONa30 apresentou-se sob a forma de aglomerados lamelares, onde estes resultam em uma morfologia quase esférica. A ZONH30 apresentou um morfologia totalmente diferente se que forma que assemelha a uma flor. Foi observado que a morfologia dos pós obtidos é influenciada pelo agente mineralizador. As áreas superficiais das amostras ZONa30 e ZONH30 foram respectivamente, 18,06 e 3,877m².g-¹.As áreas superficiais apresentaram-se relativamente baixas. Este fato pode estar relacionado principalmente porque os aglomerados resultando em flores e esferas lamelares estão em escala micrométrica vide Fig. 02.O tamanho médio de poro da amostra ZONa30, esferas lamelares Figura 02, foi de 22,9633 nm, isto é quase duas vezes maior que o tamanho médio do poro da amostra alcalinizada com NH4OH, nanoflores com 11,6685nm.

Difratogramas de raios–X das amostras (a) NH4OH (ZONH30), (b) NH4OH (ZONH30) e em off set a tabela com tamanho de cristalito (TC) e cristali


Micrografias obtidas por MEV para as amostras de ZnO a uma temperatura de 100oC por 30 minutos. (a) ZONa30 – 50.000X (b) ZONH30 – 50.000X.

Conclusões

Através do método HMO, foi possível obter o ZnO em condições brandas, ou seja, baixa temperatura e curto tempo de processamento, com morfologia diferenciadas, em função do agente mineralizador, utilizando água como solvente e sem a necessidade de aplicação de direcionadores (templates).

Agradecimentos

Referências

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