SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE HIDRÓXIDOS DUPLOS LAMELARES (HDL) DO TIPO HIDROTALCITA A PARTIR DA DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DA UREIA

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Pereira, I.L.G. (UFPA) ; Lopes, A.S.C. (UFPA) ; Oliveira, A.F.S. (UFPA) ; Monteiro, W.R. (UFPA)

Resumo

As hidrotalcitas (HT) sintetizadas neste trabalho possuem potencial de aplicação industrial, farmacêutica e ambiental, podendo ser produzidas a partir de diversos métodos, como o tradicional método da coprecipitação a pH controlado. Neste estudo utilizamos o método da decomposição térmica da ureia em autoclave com acompanhamento da pressão, visando a produção de hidróxidos duplos lamelares (HDL) com razão metálica Mg/Al de 4:1, foi avaliada também a obtenção do oxido de magnésio a partir do percussor HDL. Os materiais foram caracterizados por Difração de Raio X.

Palavras chaves

HDL; Hidromagnesita; Hidrotalcita

Introdução

Os compostos do tipo hidrotalcitas (HT) caracterizam-se como uma classe de argilas aniônicas básicas conhecidas como hidróxidos duplos em camadas (HDL) com a fórmula genérica Mg6Al2(OH).16CO3.4H2O. Tais materiais apresentam camadas com estruturas do tipo brucitas carregadas positivamente (Mg(OH)2) nas quais alguns de Mg2+ são substituídos por Al3+ nos locais octaédricos do hidróxido. As camadas intersticiais formadas por ânions CO32- e moléculas de água que compensam a carga positiva resultante desta substituição. Nos últimos anos, esses materiais receberam atenção considerável porque são usados em uma ampla gama de aplicações, como adsorvente para íons líquidos e moléculas de gás (HELWANI et al., 2009). Eles também acham uso como catalisador (SERIO et al., 2008), e como precursores em outras reações catalíticas (HELWANI et al., 2009). O método de coprecipitação geralmente resulta em forte aglomeração de partículas primárias em agregados com uma ampla distribuição de tamanho. Essa morfologia da síntese por coprecipitação conduz a áreas superficiais específicas muito baixas e quase sem porosidade. A ureia pode formar uma solução homogênea com nitratos metálicos a baixa temperatura, levando à sua alta estabilidade. Quando a temperatura da solução é aumentada para 89°C, a ureia começa a se decompor lentamente e o pH da solução aumenta em seguida. Este processo pode sustentar o pH em cada parte da solução a um nível homogêneo e evitar a aglomeração de partículas primárias. Portanto, os cristais de hidrotalcitas de Mg-Al são sintetizados por este método e podem resultar em uma elevada cristalinidade. As partículas homogêneas dos compostos de hidrotalcita pelo método da ureia conduz a materiais com melhores propriedades catalíticas(BENITO et al., 2008).

Material e métodos

Para síntese do HDL, foi adaptado o procedimento conforme a metodologia de (WANG et al., 2010) e (ZENG et al., 2014). Foi preparada uma solução da mistura dos sais precursores com 0.4 M de Mg(NO3)2.6H2O e 0.1 M de Al(NO3)3.9H2O, solubilizados em 100 ml de água destilada, assim totalizando a concentração da solução em [Mg+Al]=0.5 M, com razão metálica de Mg+2/Al+3 = 4/1, posteriormente a ureia foi dissolvida na solução dos sais precursores e uma razão molar de [ureia]/[Metais] = 2. A solução foi transferida para uma autoclave equipada com um liner de Teflon ®. A autoclave foi aquecida a uma temperatura de 120 °C para iniciar da hidrolise da ureia, e foi mantido por 12 horas, uma amostra solida branca foi obtida, sendo separada por filtração a vácuo e lavada três vezes com água destilada e uma vez com acetona. A amostra foi seca na estufa em 80 °C por uma noite, para então macerarmos a fins de caracterização ou aplicação. Para caracterizar a fase de MgO pura calcinamos a amostra de HDL em mufla a 550 °C com uma taxa de 5 °C/min que permaneceu a essa temperatura por 4 horas, denominamos a amostra calcinada como HDL-C. Os experimentos de síntese foram conduzidos no Laboratório de Catalise e Óleoquímica (LCO/UFPA), e caracterizados por Difração de Raio X (DRX) pelo método de difração do pó, usando radiação kα de Cu (λ = 1,5418 Å), potência da fonte de 40 kV e intensidade de corrente de 40 mA, a uma taxa de varredura de 2°/min, com incrementos de 0,02°. Em uma faixa de 5° até 80°. Foi utilizado o software X’pert HighScore Plus para identificação de fases a partir do resultado de DRX.

Resultado e discussão

O HDL obtido foi caracterizado por DRX (Figura 1), diferentemente do esperado, não mostrou apenas as fases puras de hidrotalcitas (ICSD: 081963), mas também de hidromagnesita (HM) - Mg5(CO3)4(OH)2.(H2O)4 (ICSD: 000920), apesar da outra fase, os picos da hidrotalcita estão bem definidos e intensos, resultado de uma alta cristalinidade, está sendo umas das propriedades importantes na catalise de transesterificação (ZENG et al., 2009). A hidromagnesita foi provavelmente formada devido ao excesso de magnésio em solução para atingir a razão 4:1 de Mg/Al do HDL, após a formação da hidrotalcita o resíduo de íons magnésio disponível em solução mais o carbonato, devido a temperatura e tempo de síntese, formou a hidromagnesita. O HDL com fase de hidromagnesita foram estudados por (KUMAR et al., 2012), os quais elucidaram que o aumento da fase de hidromagnesita melhorou a atividade catalítica da transesterificação de glicerol com carbonato de dimetilo para formação de carbonatos cíclicos, o estudo demonstrou que uma pequena quantidade de HM coexistindo com HDL desempenhou um papel importante não apenas na inibição da agregação de HDL ativa e na conservação do tamanho de cristalito do HDL. (GUEBARA; VIEIRA; BOSCOLO, 2016) utilizaram oxido de magnésio para produção de biodiesel. No estudo de (ANTUNES; VELOSO; HENRIQUES, 2008) calcinaram hidróxido de magnésio (fase principal) com HM para produzir oxido de magnésio (MgO), este sendo usado na produção de biodiesel a partir do óleo de soja, o MgO é usado como catalisador devido sua alta basicidade. Para o presente estudo a amostra de HDL foi calcinada de modo a se obter a fase MgO, conforme demonstrado pelo difratograma da Figura 2, o HDL-C calcinado a 550 °C apresentou a fase esperada de oxido de magnésio.

Difratograma da amostra de hidrotalcita (HDL).


Difratograma da amostra de HDL calcinada a 550 ºC (HDL-C)

Conclusões

A hidrotalcita resultante da síntese pelo método da ureia demonstrou elevada cristalinidade evidenciada pelas análises de difratometria de raio X, além da identificação de uma outra fase de um material conhecido na literatura como hidromagnesita. A partir decomposição térmica da hidrotalcita foi obtido o óxido de magnésio também confirmado a partir da difratometria de raios X.

Agradecimentos

Agradecemos a PROPESP da UPFA pelo financiamento do projeto, ao laboratório de Catalise e Oleoquímica da UFPA, e ao laboratório de física experimental e computacional

Referências

ANTUNES, W. M.; VELOSO, C. DE O.; HENRIQUES, C. A. Transesterification of soybean oil with methanol catalyzed by basic solids. Catalysis Today, v. 133–135, n. 1–4, p. 548–554, 2008.
BENITO, P. et al. Microwave-assisted homogeneous precipitation of hydrotalcites by urea hydrolysis. Inorganic Chemistry, v. 47, n. 12, p. 5453–5463, 2008.
GUEBARA, P. F.; VIEIRA, A.; BOSCOLO, M. The effect of carbohydrate biotemplates on the catalytic activity of hydromagnesite oxides containing Ca 2 + for ethyl biodiesel production . Introdução, 2016.
HELWANI, Z. et al. Technologies for production of biodiesel focusing on green catalytic techniques : A review. Fuel Processing Technology, v. 90, n. 12, p. 1502–1514, 2009.
KUMAR, A. et al. Promotion effect of coexistent hydromagnesite in a highly active solid base hydrotalcite catalyst for transesterifications of glycols into cyclic carbonates. Catalysis Today, v. 185, n. 1, p. 241–246, 2012.
SERIO, M. DI et al. Heterogeneous Catalysts for Biodiesel Production. n. 9, p. 207–217, 2008.
WANG, J. et al. Fabrication of layered double hydroxide spheres through urea hydrolysis and mechanisms involved in the formation. p. 1411–1418, 2010.
ZENG, H.-Y. et al. Preparation of Mg-Al hydrotalcite by urea method and its catalytic activity for transesterification. AIChE Journal, v. 55, n. 5, p. 1229–1235, maio 2009.