Incorporação de dióxido de titânio em sepiolita pelo método sol-gel.

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Oliveira, W.V. (UFPI) ; Osajima, J.A. (UFPI) ; Almeida, L.R. (UFPI) ; Morais, A.I.S. (UFPI) ; Filho, E.C.S. (UFPI)

Resumo

A aplicação da fotocatálise em processos oxidativos avançados tornou-se foco de muitos estudos relacionados a técnicas de limpeza e desinfecção de ambientes, águas e ar contaminados por corantes têxteis ou outros agentes tóxicos provenientes de indústrias. A fotocatálise é realizada com o uso de catalisadores metálicos, com seus principais óxidos puros ou através da incorporação destes óxidos em diferentes matrizes entre elas alguns tipos de argilo-minerais. Diante disso foi incorporado pelo método sol-gel o dióxido de titânio (TiO₂) à sepiolita da Espanha e feita a caracterização por DRX e FTIR. O compósito sintetizado pode ser aplicado em fotodegradação de resíduos tóxicos.

Palavras chaves

Sepiolita; Dióxido de titânio; Caracterizações

Introdução

Os processos oxidativos avançados (POA’s) têm sido amplamente estudados, especialmente pela capacidade de degradar um grande número de substâncias recalcitrantes através de procedimentos que exigem operação simples e custo relativamente baixo. Estes processos se baseiam na geração in situ do radical hidroxila (OH•), cujo potencial padrão de oxidação é superado apenas pelo o do flúor. Para uma série de compostos, a mineralização total tem sido alcançada (VIANNA; TÔRRES; AZEVEDO, 2008). Os minerais de argila tal como atapulgita e sepiolita, apresentam uma grande área superficial específica de adsorção, assim podem ser utilizadas como materiais de suporte para catalisador, entres eles o TiO₂ (ZHANG; WANG; ZHANG, 2011). O TiO₂ tem sido utilizado como um fotocatalisador por possui estabilidade química, alto poder oxidante e não ser tóxico (CHEN; DIONYSIOU, 2008). A sepiolita Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH₂) ₄•nH₂O; n≤8) é um filossilicato de ocorrência natural com morfologia fibrosa, encontrada numa grande variedade de ambientes geológicos principalmente na Espanha e é extraída há séculos devido às suas propriedades úteis (GIUSTETTO et al., 2011). O presente trabalho teve como objetivo incorporar o dióxido de titânio na sepiolita da Espanha.

Material e métodos

A sepiolita foi cedida pelo grupo de pesquisa do Prof. Dr. César Iborra Viseras da Universidade de Granada, Espanha, e depois de recebida foi triturada em um almofariz com pistilo e peneirada em malha 200 mesh. Para retirada da matéria orgânica a argila foi tratada com água destilada e peróxido de hidrogênio por um período de 24 h, fez-se a lavagem com água destilada e centrifugação, posteriormente o material foi secado em estufa a 75 °C durante 24 h e armazenado em recipiente fechado. Os reagentes utilizados para a síntese do compósito foram isopropóxido de titânio (IV) (97%) da Sigma- Aldrich, água deionizada pelo sistema Milli-Q e álcool etílico da Isofar. A síntese para incorporação do óxido na argila procedeu-se da seguinte maneira: em um béquer foram adicionados 6 mL de Ti[OCH(CH₃)₂] ₄ e 6 mL de H₂O e diluídos em 100 mL de C₂H₆O, depois a mistura foi submetida a agitação magnética por um período de 1 h; em outro béquer adicionou-se 5g de sepiolita e 20 mL de C₂H₆O e deixou-se sob agitação magnética por 30 min; posteriormente os componentes dos dois béqueres foram misturados em um único recipiente e deixado em repouso por 24 h; após este processo o material obtido foi secado a 75 °C por 12 h em estufa, triturado e finalmente calcinado em mufla à 400 °C por 2h a uma taxa de aquecimento de 10 °C por min. O material obtido foi chamado de Sep-TiO₂. Este material foi analisado em DRX e em FTIR. O material foi caracterizado em um Difratômetro de raios-X Shimadzu-XRD- 6000 com radiação Cu-Kα com 5º≤2θ≥75º e em um espectrômetro FT-IR Varian 670IR usando pastilha de KBr (4000 cm^-1 a 400cm^-1).

Resultado e discussão

Os resultados das análises de DRX para a argila tratada e para o compósito sintetizado estão presentes sequencialmente nas figuras 1(A) e 1(B) e os dados obtidos de FTIR para a argila tratada e para o material sintetizado são apresentados nas figuras 2(A) e 2(B) respectivamente. O DRX foi útil para verificar as incorporações do dióxido de titânio no argilo-mineral e o FTIR para confirmar a síntese. Na figura 1(A) temos um difratograma com reflexões em aproximadamente 2θ = 7,44º; 12,06º; 13,38º; 17,86°; 19,90°; 20,76º; 23,72º; 26,74°; 28,12°; 35,16°; 36,84° e 40,14º atribuídos aos planos (110), (130), (200), (150), (060), (131), (260), (400), (331), (191), (291) e (541) correspondentes a sepiolita purificada (FERNANDES; MANJUBALA; HITZKY, 2011). Através da síntese conforme o difratograma presente na figura 1(B), o titânio foi incorporado à sepiolita sob a forma anatase e teve reflexões em aproximadamente 2θ = 25,3º; 37,9º; 47,6º e 55º atribuídos aos planos (101), (004), (200) e (105). De acordo com os resultados de DRX observa-se que houve um pequeno deslocamento nos picos de difração dos materiais, mas nota-se que foi possível a incorporação do dióxido de titânio, pois ocorreu pouca sobreposição dos picos. Na análise do material por FTIR observou-se para a sepiolita purificada, figura 2(A), a presença de bandas entre 3700 e 3570 cm^-1 que são atribuídas à presença de grupo OH na folha octaédrica e às vibrações de alongamento na superfície da sepiolita. A banda em torno de 1669 cm^-1 é referente à presença de água zeolítica nos canais nanoestruturados do argilo-mineral. As bandas compreendidas entre 1200 cm^-1 e 200 cm^-1 são características de silicatos e aparecem devido à vibração de ligações Si-O-Si. (JUNIOR, et al. 2015). O surgimento das bandas em 3421 e 1639 cm^-1, figura 2(B), em comparação com a sepiolita purificada, é causado por vibrações de alongamento provocado pela interação de moléculas de água intercaladas sobre a superfície do catalisador. Na figura 2(B), o desaparecimento das bandas em 3618 e 3557 cm^-1 pode ser provocada por imobilização das partículas de TiO2 nas intercamadas da argila ou pela presença de átomos de Ti nestes locais, conduzindo a uma redução de grupos OH (ZHANG; WANG; ZHANG, 2011). A banda em 1031 cm^-1 presente na figura 4 é devido ao alongamento de Si-O nos grupos Si-O-Si da folha tetraédrica do mineral, indicando que a estrutura básica de sepiolita não foi alterada, pois a banda permaneceu. Os resultados para a análise de infravermelho confirmam os de DRX.

Fig. 1(A) difratograma da sepiolita tratada e fig. 1(B) difratograma do compósito sintetizado.


Fig. 2(A) espectro de FTIR da sepiolita tratada e fig. 2(B) espectro de FTIR para o compósito sintetizado.

Conclusões

O método sol-gel in situ empregado para a síntese do material apresentou eficiência sendo possível a verificação e comprovação através das análises de DRX e FTIR. O dióxido de titânio foi incorporado na forma anatase. Observa-se que o material sintetizado é adequado para aplicação em processos oxidativos avançados para degradação de resíduos tóxicos.

Agradecimentos

Agradecimentos ao CNPq, FAPEPI e LIMAV.

Referências

CHEN, Y.J.; DIONYSIOU, D. D. Bimodal mesoporous TiO2–P25 composite thick films with high photocatalytic activity and improved structural integrity. Appl. Catal, v. 80, 147-155, 2008.

FERNANDES, F. M.; MANJUBALA, I; HITZKY, E. R. 2011. Gelatin renaturation and the interfacial role of fillers in bionanocomposites. Phys. Chem. Chem. Phys. , v. 13, 4901-4910, 2011.

GIUSTETTO, R. et al. Chemical stability and dehydration behavior of a sepiolite/indigo Maya Blue pigment. Applied Clay Science, v. 52, 41–50, 2011.

JUNIOR, et al. Organofuncionalização da argila fibrosa sepiolita com 3-cloropropiltrietroxisilano via método sol-gel. Disponível em: <https://jornada.ifsuldeminas.edu.br/index.php/jcpcs/jcpcs/paper/viewFile/1064/981> Acesso em. 10 de jul. de 2017.

VIANNA, V. B.; TÔRRES, A. R; AZEVEDO, E. B. Degradação de corantes ácidos por processos oxidativos avançados usando um reator com disco rotatório de baixa velocidade. Quim. Nova, vol. 31, n°. 6, 1353-1358, 2008.

ZHANG, Y.; WANG, D.; ZHANG, G. Photocatalytic degradation of organic contaminants by TiO2/sepiolite composites prepared at low temperature. Chemical Engineering Journal, v. 173, 1-10. 2011.