Estudo de adsorção de vapor de água em pellets de zeólita sodalita com composição variável.

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Coelho S., D. (UFPA) ; Pinheiro P., A. (UFPA) ; Santos J., J. (UFPA) ; Rocha Júnior F., C.A. (UFPA) ; Souza S., J.A. (UFPA)

Resumo

O objetivo deste trabalho é estudar as propriedades de adsorção de vapor de água em pellets com composições variadas de zeólitas sodalita (SOD) e argila, em sistemas com e sem controle de umidade. O controle de umidade foi realizado utilizando hidróxido de sódio (NaOH), cloreto de magnésio (MgCl2), nitrato de magnésio (Mg(NO3)2), cloreto de sódio (NaCl) e sulfato de potássio (K2SO4). A zeólita utilizada para a confecção dos pellets foi sintetizada utilizando caulim de enchimento calcinado a 600 ºC, hidróxido de sódio, silicato de sódio e água destilada. Os resultados mostraram que os pellets com maiores concentrações de zeólitas sodalita foram os que apresentaram maior quantidade de água adsorvida, tanto nos sistemas com controle de umidade quanto nos sistemas sem o controle da umidade.

Palavras chaves

Zeólita Sodalita (SOD); Pellets; Adsorção

Introdução

O mineral sodalita foi descoberto por Thomson e sua estrutura foi descrita pela primeira vez por Pauling (PAZ, 2001). A zeólita sodalita básica sintética, material sintetizado no desenvolvimento deste trabalho, é um mineral pertencente à família hidroxissodalita, caracterizada pela fórmula geral Mx+6[TO4]6Xx•qH2O, onde M = Na+, Ca2+, K+ ....; X = OH-, CO32-, Cl-, SO42-...; 0<q<2, x = 0;2 e T átomos (Si, Al, Ge, Ga e B) que ocupam sítios tetraédricos e a água presente nas cavidades e canais da estrutura da zeólita é conhecida como água zeolítica (PAZ, 2009). A sua rede estrutural é baseada na fusão de subunidades sodalita, que formam cavidades e canais interconectados, nas quais as entradas e saídas são controladas por anéis formados a partir de seis membros tetraédricos, com diâmetro médio de abertura 2,65 Å, o que favorece a sua utilização em aplicações que envolvem a separação de moléculas/espécies muito pequenas, como hélio e amônia, por exemplo (PAZ, 2009). O objetivo deste trabalho foi sintetizar sodalita através de um processo hidrotérmico utilizando caulim de enchimento calcinado a 600 °C, hidróxido de sódio, silicato de sódio e água destilada, caracterizar a zeólita obtida por difração de raios X (DRX) e microscopia de varredura eletrônica (MEV) e avaliar a adsorção de vapor d’água em sistemas com e sem controle de umidade por pellets de sodalita e argila com composições variadas, adicionando-se, em sobrecarga, 5% carvão vegetal moído.

Material e métodos

Foi utilizado o caulim (CE), produto do processo de beneficiamento para indústria de papel, proveniente da região amazônica como fonte de silício e alumínio. O caulim (CE) foi calcinado para obtenção de metacaulim em forno a mufla 600 °C por duas horas. Nesta transformação ocorre um processo de desidroxilação da estrutura da caulinita: Al2O3.2SiO2.2H2O -> Al2O3.2SiO2 + 2H2O. Este material formado tem estrutura amorfa, porém com alguma estrutura residual, na qual a perda de hidroxila promove apenas uma diminuição de cristalinidade com pequena distorção dos íons alumínio na camada octaédrica (SANTOS,1989). Ao metacaulim obtido foi adicionado o silicato de sódio e o hidróxido de sódio como fonte de silício e sódio para o balanceamento estrutural e molar da zeólita sodalita na seguinte composição mássica: Metacaulim/Na2SiO3 = 0,8; H2O/NaOH = 5,2; NaOH/Metacaulim = 2,5. Em um reator de vidro de 2,0 L a amostra aquecida a 100 °C por 1 hora. Após a síntese, o material foi lavado em água destilada e filtrado até a faixa de Ph entre 7,0 e 8,0. Por fim, o material zeolítico foi seco em estufa a 100 °C por 24 h. A sodalita formado foi caracterizado por métodos de DRX e MEV. A zeólita foi então misturada a uma argila plástica, obtida na beira de rio estado do Pará, na proporção de 40 % de argila e 60 % de zeólita SOD, 30% de argila e 70 % de zeólita SOD, 20 % de argila e 80 % de zeólita SOD, adicionando-se às amostras, em sobrecarga, 5 % carvão vegetal moído para aumento da porosidade na obtenção dos pellets, os quais foram calcinados em forno mufla a 600 °C por 4 horas.

Resultado e discussão

A Figura 1a representa a DRX da zeólita sodalita sintetizada. Comparando os difratogramas do material sintetizado com os dados disponíveis na literatura (HASSAN, 1983) e (POWD-12++, 1987), confirma-se a presença da formação da zeólita sodalita, material desejada, na posição (2θ°) 14,08 e 24,56. A Figura 1b representa a MEV da zeólita SOD obtida após síntese, a qual apresenta partículas com morfologia arredondada e materiais não cristalinas sem forma definida. A Figura 1c apresenta efeito do aumento da adsorção de vapor de umidade não controlada provocado pela variação de composição de zeólita SOD nos pellets elaborados, bem como a adsorção de vapor de água em uma amostra de sodalita obtida na síntese. A Tabela 1 apresenta a adsorção de vapor de umidade controlada, após 48 horas, em soluções saturadas hidróxido de sódio (NaOH), cloreto de magnésio (MgCl2), nitrato de magnésio (Mg(NO3)2), cloreto de sódio (NaCl) e sulfato de potássio (K2SO4). Nesta tabela foi realizada a comparação entre pellets com composição de 60% e 80% do material zeolítico sintetizado. Segundo (MIRANDA, 2011) a adsorção percentual de vapor de água para as zeólitas 4A e 5A são em torno de 17% e 19%, respectivamente. Quando em comparação a zeólita sodalita obtida com uma adsorção percentual de vapor de água em torno de 13%, observa-se uma maior adsorção de vapor de água na zeólita A por ter um diâmetro de poro maior, de 3 a 5 Å, enquanto a zeólita SOD o diâmetro médio de poros de 2,65 Å. Os poros proporcionam a livre movimentação de moléculas de água nas estruturas zeolíticas, ocorrendo maior adsorção de vapor de água em zeólitas com maiores poros, o que conseqüentemente as tornam estruturas seletivas para adsorção e dessorção de moléculas e/ou íons.

Figura 1 - a. DRX da Zeólita SOD sintetizada; b. MEV obtida na síntese de Zeólita SOD; c. Adsorção de umidade não controlada.


Umidade controlada em pellet com 60% e 80% de material zeolítico sintetizado.

Conclusões

Os pellets formados foram postos em sistemas com e sem controle de umidade. A adsorção de vapor de água ocorreu de tal forma que os pellets com maior composição de zeólita sodalita obtiveram uma maior percentual de adsorção de vapor de água, mostrando a presença dos canais e arcabouços de cavidades abertas, que foram ocupados por moléculas de água em processo de adsorção de vapor de água.

Agradecimentos

À UFPA, ao ITEC/UFPA, PPGEQ/UFPA e LEQ/UFPA.

Referências

HASSAN, I.; GRUNDY, H. D. Acta Cristallogr. Sec. O, 39, 3, 1983.
MIRANDA, E. S. Avaliação da capacidade dessecante de adsorventes e sua reutilização pós-regeneração, 2011.
PAZ, S. P. A.; ANGÉLICA, R. S.; NEVES, R. F. Síntese hidrotermal sodalita básica Simone, Química Nova, 2009.
POWD-12++, Calculated from ICSD, 1997.
SANTOS, S. P. Ciência e tecnologia de argilas. Vol.1. São Paulo: Edgard Blucher, 1989.