ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Iniciação Científica
Autores
Soares, C.G.C.S. (IFRN) ; Oliveira, N.P.M. (IFRN) ; Sena, J.A. (IFRN) ; Barbosa, A.R.S.S. (IFRN) ; Luiz dos Santos Menezes, M. (IFRN) ; Bezerra, D.P. (IFRN)
Resumo
O Politereftalato de etileno (PET) é um dos termoplásticos mais produzidos no mundo tendo seu descarte, muitas vezes, de forma inadequada. Neste trabalho foi realizada a reação de despolimerização do PET por hidrólise em meio alcalino para obter monômeros de partida, o ácido tereftálico(AT) e o etilenoglicol(etano-1,2-diol)(EG), que depois o AT foi utilizado para a síntese de material adsorvente poroso de alto valor agregado. MOF (Metal−organic frameworks) representa uma classe de materiais cristalinos microporosos. Inicialmente foi realizada a síntese do ácido AT, após, a síntese da produção de MOF-5 a partir de ácido AT e cloreto de bário em dimetilformamida (DMF). A caracterização do MOF foi efetuada através da Difração de raios-X que mostrou três pontos de inflexões.
Palavras chaves
MOF; ácido tereftálico; PET
Introdução
Nos últimos séculos, a humanidade passa por um elevado crescimento social e tecnológico que está relacionado com a geração e acúmulo de resíduos, proveniente de lixo industrial, residencial, hospitalar além de outros. Há algum tempo atrás, esses resíduos eram basicamente o papel, vidro e material orgânico. Entretanto, com a evolução da humanidade aumentou-se também a necessidade de buscar novos materiais com o intuito de acompanhar esse crescimento. Um dos materiais mais importantes são os polímeros, materiais que apresentam na sua estrutura monômeros que são unidades relativamente simples, que se repetem (mero) formando longas cadeias. Existem infinitas possibilidades de utilização desses materiais. Os polímeros estão presentes em nosso cotidiano com diferentes formas de utilização, desde garrafas PET, materiais usados na cozinha, equipamentos usados na indústria petroquímica, alimentícia e até farmacêutica. Dentre esses polímeros destaca-se o PET, um dos termoplásticos mais produzidos no mundo. Em 1946, Whinfield e Dickson descobriram o politereftalato de etileno (PET), o qual apresenta alta temperatura de fusão (-265 °C) e alta estabilidade hidrolítica devido à presença de anéis aromáticos na cadeia principal (ROMÃO et al., 2009). O PET era utilizado no setor têxtil e, a partir dos anos 70 o PET passou a ser utilizado também em embalagens de alimentos, refrigerante entre outras. Essa ampliação da sua utilização causou um elevado acúmulo de resíduos pós-consumo em pouco tempo e um grave problema ambiental. No ciclo natural do meio ambiente o PET leva séculos para ser degradada, a reciclagem desse material surge como uma rota alternativa e benefício para o planeta.
Material e métodos
A metodologia utilizada para a síntese do ácido tereftálico foi a despolimerização do PET por hidrólise. A reação foi realizada a uma temperatura de 110 ⁰C, com duração de 2h. Em um balão de fundo chato misturou-se 200 ml de álcool Isoamílico, 20 g de PET e 5 g de KOH. Estes estavam colocados dentro de um sistema de aquecimento. Após a introdução dos reagentes, a abertura do balão foi conectada a um condensador de bolas resfriado com água para que a reação ocorresse com refluxo durante 2 horas. Na abertura do esmerilhado adaptou-se um termômetro onde se controlou a temperatura da solução em 110 °C. Durante 2 horas a mistura foi deixada sob refluxo, posteriormente adicionou-se 150 ml de água destilada a reação para dissolver o produto branco. O produto foi filtrado a vácuo e depois separadas por decantação. Para realizar a síntese do MOF utilizou-se cerca de 1,04 g de cloreto de bário e 0,334 g de ácido tereftálico que foram dissolvidos em 40 mL de DMF sob agitação constante, em condições atmosféricas. Em seguida, a mistura é agitada constantemente com temperatura de 120 ⁰C durante 5 horas. Posteriormente a solução é resfriada e deixa sob agitação magnética por 24 horas. Feito isto o produto foi filtrado em papel de filtro com funil de vidro acoplado a um erlenmeyer. O produto da filtração que foi retido é lavado com 40 ml de solução DMF e deixado para secar na estufa por 2 horas. O sólido seco é imerso em 50 ml de clorofórmio durante 24 h em uma capela de exaustão, à temperatura ambiente (25 ⁰C), para trocar o solvente DMF que ainda esteja presente nos poros do material. Em seguida, filtrada e levada à estufa durante 60 minutos com temperatura de 100 ⁰C para completa evaporação do clorofórmio. Ao final o MOF-5 foi pesado em uma balança analítica.
Resultado e discussão
A síntese do MOF-5 foi realizada em etapas e envolveu, inicialmente, a obtenção
do ligante. Os dois procedimentos sintéticos foram utilizados com simples e
acessíveis técnicas. O MOF-5 foi caracterizado pela técnica de Difração de
Raios-X. Na metodologia, foi utilizada a despolimerização por hidrólise
alcalina. A massa obtida do ácido (5,28g) foi de aproximadamente quatro vezes
menor que a massa inicial utilizada do PET (20g), essa diminuição pode ser
justificada pelas perdas durante o processo.A metodologia da síntese do MOF-5
ocorreu pela via de difusão lenta utilizando como solvente o DMF (adaptado de
SAHA; DENG; YANG, 2009). Os reagentes iniciaram com massa igual a 1,37g ao final
da síntese obteve-se 0,58g. O resultado obtido para a eficiência foi de
aproximadamente 42%, sendo considerada moderadamente baixa ou seja, a relação
massa teórica que foi a soma das massas dos reagentes de 1,37g e a massa real do
MOF de 0,58g, produziu 42% do aguardado, uma vez que ao final da síntese o MOF
obteve aproximadamente três vezes menos massa que o esperado. O difratograma de
raios X do MOF-5 (ver figura 15) mostra tipicamente três principais inflexões
que estão entre 16°, 29° e 37°, similar ao difratograma de estrutura análoga
(MOF com bário) apresentada por Maity et al. (2012). Observa-se pelo
difratograma de raios-X a cristalinidade do material obtido, advindo em virtude
dos picos estreitos e bem definido. Os picos característicos do MOF-5 (Ba) são
observados em 2θ em torno de 16°, 29° e 37°. Como o MOF não foi submetido a um
processo de purificação, a presença de picos nas região entre 16 e 19° pode
estar associada à possível presença de algumas impurezas junto ao material bruto
Figura 1. Difratograma de raios X do MOF sintetizado (Ba).
Conclusões
As duas reações de sínteses foram bem sucedidas e foram obtidos os produtos desejados, ácido tereftálico e MOF. A partir da reação de despolimerização realizada da hidrólise em meio alcalino, o ácido tereftálico foi obtido com os resíduos do PET pós-consumo com massa resultante de 5,28g. É tecnicamente viável fazer a reciclagem do PET pós-consumo, ajudando a retirar resíduo plástico dos Lixões, contribuindo para diminuição da poluição ambiental nos centros urbanos. O MOF sintetizado gerou cristais, passíveis de caracterizados por Difração de raio-X.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq pelo auxílio financeiro e ao IFRN, campus Ipanguaçu, pelo incentivo a iniciação científica.
Referências
MAITY, Tanmoy et al. Barium Carboxylate Metal–Organic Framework – Synthesis, X-ray Crystal Structure, Photoluminescence and Catalytic Study. European Journal Of Inorganic Chemistry, Weinheim, v. 2012, n. 30, p.4914-4920, 2012.
SAHA, Dipendu; DENG, Shuguang; YANG, Zhiguan. Hydrogen adsorption on metal-organic framework (MOF-5) synthesized by DMF approach. J. Porous Mater, Las Cruces, v.16, n.2, p. 141-149, 4 dez. 2009.
YANG J, Sudik, A.; WOLVERTON C.; SIEGEL D.; High capacity hydrogen storage materials: ttributes for automotive applications and techniques for materials discovery. Chemical Society Reviews, 2010
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