ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Química Inorgânica
Autores
Oliveira, J.L.F. (UFRN) ; Ferreira, S.R.S. (UFRN) ; Batista, L.M.B. (UFRN) ; Guedes, A.P.M.A. (UFRN) ; Castro, F.L. (CTGÁS-ER) ; Fernandes, G.J.T. (CTGÁS-ER) ; Araújo, A.S. (UFRN)
Resumo
Argilas são materiais que possuem propriedades particulares que as tornam promissoras para diversos estudos. Apesar destes sólidos possuírem qualidades importantes para aplicação em processos químicos e físicos, estes veem sendo alvo de estudos voltados para sua modificação, visando aplicações especificas. Neste trabalho foi utilizada a argila vermiculita como suporte para compostos de ferro (óxidos). Os materiais obtidos (V0t-C e V0u-C), apresentaram boas propriedades texturais, mostrando um aumento significativo nas quantidades relativas de ferro em suas estruturas e na distância do espaçamento basal da argila.
Palavras chaves
Vermiculita; Troca iônica; Impregnação por via úmida
Introdução
As argilas apresentam diversas qualidades particulares que as tornam promissoras para as mais diversas aplicações, como por exemplo, serem encontradas em abundância na crosta terrestre sendo materiais de baixo valor comercial e possuírem preferência para adsorver poluentes específicos (Zhang et al., 2013; Liu et al., 2014). As propriedades superficiais que tornam as argilas promissoras são a capacidade de troca catiônica (CTC), a elevada acidez e área superficial específica. Dentro destes sólidos, podemos destacar a vermiculita, um aluminossilicato de ferro, magnésio e alumínio com uma estrutura lamelar e espaçamento basal, formado pela alteração hidrotérmica de minerais (Hongo et al., 2012). Apesar da vermiculita apresentar boas propriedades para as mais diversas aplicações, atualmente a comunidade científica estuda processos para sua modificação. Algumas das modificações que podem ser realizadas, são a pilarização (Gil, et al. 2011), troca iônica (Caglar, et al. 2009), lixiviação ácida (Okada, et al. 2006), e impregnação por via úmida. Muitos compostos constituídos de metais de transição são amplamente estudados devido as suas propriedades particulares, compostos de ferro são muito utilizados em estudos como materiais adsorventes e catalisadores, a maioria possui elevada área superficial especifica e propriedades químicas que demonstram o grande potencial desses materiais férricos. Assim, devido a necessidade de novos materiais capazes de serem eficazes e ao mesmo tempo viáveis financeiramente, este trabalho teve como objetivo sintetizar materiais híbridos Argila/Fe por diferentes métodos de incorporação do metal/óxido na argila vermiculita e caracterizá-los quanto as suas propriedades texturais e químicas.
Material e métodos
A argila vermiculita utilizada neste trabalho foi proveniente do município de Santa Luzia – PB. Inicialmente a argila passou por um processo de limpeza utilizando-se água destilada para remoção dos inorgânicos e H2O2 (pH=5) para a remoção da matéria orgânica. A argila obtida anteriormente, foi posta em uma solução de NaCl 1 mol/L, durante 72 horas sob agitação a uma temperatura de 40°C. Este procedimento foi repetido por três vezes. Finalmente a argila foi lavada com água deionizada e seca em temperatura ambiente. A incorporação do metal na estrutura dos materiais argilosos após os tratamentos citados anteriormente, foi realizada por três métodos distintos: 1 - Troca iônica: 4 g de argila tratada foram adicionadas a uma solução de FeCl3 6H2O 0,1 mol/L e mantida a temperatura ambiente sob agitação vigorosa por 24 horas, após o termino deste período o produto obtido foi lavado com água destilada até o sobrenadante atingir pH aproximadamente 7, logo após o sólido foi filtrado e seco a 100ºC na estufa. O material obtido após o procedimento de troca, passou por um processo de calcinação a 550°C durante 4 horas; 2 - Impregnação por via úmida: os materiais argilosos obtidos foram impregnados com uma solução aquosa de FeCl3.6H2O, utilizando para isto o volume do ponto úmido das amostras de Vermiculita e a concentração adequada da solução de ferro para impregnar 5% em massa de Fe2O3 à estrutura da argila, logo depois as amostras foram calcinadas a 550°C durante 4 horas. Todos os sólidos obtidos foram caracterizados por análise termogravimétrica (TG/DTG), Difratometria de raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS).
Resultado e discussão
A curva termogravimétrica da vermiculita (V0) apresentou duas perdas de massas
equivalentes a 10,1%, na faixa de 32,4 – 154,2ºC, referente a moléculas de água
adsorvida na superfície do material e de água encontrada no espaço interlamelar.
As curvas termogravimétricas dos sólidos V0t-C e V0u-C, apresentaram um
comportamento típico, onde ocorre uma perda de massa em aproximadamente 65°C
referente a saída de água adsorvida fisicamente. Os difratogramas obtidos foram
interpretados utilizando o software (MATCH 2.0). No difratograma da vermiculita
(Figura 1a) nota-se a presença de um mineral interestratificado classificado
como hidrobiotita (2θ = 7,1°; 11°, 18°), isto está de acordo com Ugarte, et al.
(2005), onde eles citam que os minerais comumente associados à vermiculita são a
biotita, hidrobiotita, talco e minerais argilosos. Os picos referentes a
vermiculita se encontram em 2θ = 6,0°; 24,0°; 30,0°. Sendo a reflexão d001(6,0º)
a principal, que é característica do empilhamento entre as lamelas com
espaçamento basal de 14,83Å. Na figura 1b, pode-se observar uma única reflexão
em aproximadamente em 9°, esta está relacionada ao plano d001, a diminuição da
distância interplanar ocorreu devido o material não apresentar água ligada a
estrutura dificultando a sua expansão. Para o material obtido por impregnação
por via úmida observamos a mesma formação.
Para o material V0t-C (Figura 2b), pode-se observar um aumento na distância das
lamelas, o mesmo é observado no V0u-C com menor intensidade (Figura 2c). Estes
resultados encontram-se coerentes com os difratogramas destes materiais. Na
análise por EDS, foi observado um aumento na porcentagem de ferro presente nos
sólidos modificados, com a V0, V0t-C e V0u-C apresentando 6,051%; 10,372% e
13,442% respectivamente.
Difratogramas de raios-X da vermiculita (V0) (a), vermiculita/troca e calcinada (V0t-C) (b) e vermiculita/impregnada com Fe por via úmida (V0u- C)(c).
Micrografias da vermiculita (V0) (a), vermiculita/troca e calcinada (V0t-C) (b) e vermiculita/impregnada com Fe por via úmida e calcinada (V0u-C) (c).
Conclusões
Visto os resultados obtidos no estudo, os materiais V0t-C e V0u-C, apresentaram boas propriedades texturais, mostrando um aumento significativo nas quantidades de ferro e na distância do espaçamento basal da argila, sendo este observado principalmente pelas micrografias de MEV, uma pequena fração dos sólidos apresentaram uma diminuição no espaçamento basal devido a saída da água, ligada fracamente, presente na região interlamelar, esse observação é evidenciada pelos resultados de DRX.
Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pela CAPES, FAPERN, UFRN e CTGás-ER.
Referências
CAGLAR, B. et al. Characterization of the cation-exchanged bentonites by XRPD, ATR, DTA/TG analyses and BET measurement. Chemical Engineering Journal, v.149, p.242–248, 2009.
GIL, A. et al. A review on characterization of pillared clays by specific techniques. Applied Clay Science, v.53, p.97–105, 2011.
HONGO, T. et al. Mechanochemical treatment of vermiculite in vibration milling and its effect on lead (II) adsorption ability. Applied Clay Science. Japão, v. 70, p.74–78, 2012.
LIU, Y. et al. Attapulgite/bentonite interactions for methylene blue adsorption characteristics from aqueous solution. Chemical Engineering Journal. China, v. 237, p. 403–410, 2014.
OKADA, K. et al. Solid acidity of 2:1 type clay minerals activated by selective leaching. Applied Clay Science, v.31, p.185–193, 2006.
SCHWERTMANN, U., CORNELL, R. M. Iron Oxides in the Laboratory. Ed. 2ª, Wiley-VCH, 2000.
UGARTE, J. F. O., MONTE, M. B. M., FRANÇA, S. C. A. e GRACIANO, F. P. R. Comparação estatística do fator de expansão de concentrados de vermiculita. In: XX Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa. Vol. 1, p. 201-208, Florianópolis, 2005.
ZHANG, J. et al. Adsorption of methylene blue from aqueous solution onto multiparous palygorskite modified by ion beam bombardment: Effect of contact time, temperature, pH and ionic strength. Applied Clay Science. China, v. 83–84, p. 137–143, 2013.
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