PREPARO E CARACTERIZAÇÃO DE ARGILAS PILARIZADAS: RELAÇÃO ENTRE O TEOR DE METAL E O ESPAÇO BASAL

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Tireli, A. (INSTITUTO FEDERAL DE BRASÍLIA) ; Ribeiro, G. (UNIFEI) ; Santos, M. (UNIFEI) ; Mendes, J. (UNIFEI)

Resumo

As argilas pilarizadas despontaram como prováveis catalisadoras para reações de craqueamento após a crise petrolífera. Desde então diferentes tipos de metais são empregados no processo de pilarização para obtenção de novos catalisadores. Neste trabalho, foi estudada a influência da relação ferro/argila no material final. O parâmetro analisado foi o espaço basal, principal avaliado no sucesso do processo de pilarização. Este trabalho foi realizado com os discentes de bacharelado em Química da Universidade Federal de Itajubá, que puderam explorar o campo da síntese e caracterização de catalisadores, temas normalmente não abordados nos cursos de graduação. As análises dos perfis de difração dos materiais apontaram que o aumento da proporção de ferro ocasionou uma diminuição do espaço basal.

Palavras chaves

Pilarização; Difratometria de raios-X; Espaço basal

Introdução

Atualmente o setor industrial busca realizar processos com foco no futuro. Por isso a comunidade acadêmica é impulsionada na busca por materiais inovadores, de baixo custo e fácil aplicação, que possam ser empregados para transformação de rejeitos em produtos de interesse, menos prejudiciais ao homem e ao meio ambiente. As argilas estão disponíveis em todos os tipos de solo do Brasil. Além disso, existe a possibilidade de alteração de suas propriedades estruturais, afim de maximizar seu potencial para reações químicas (TIRELI et al, 2015; GIL et al, 2011). Na literatura acadêmica existem uma gama de processos que agregam a argila capacidade para reações de oxidação, redução e adsorção de diferentes classes de contaminantes. As argilas pilarizadas conhecidas pela sigla PILC (Pillared InterLayered Clays), alcançaram um considerável interesse para sua aplicação em reações catalíticas e processos de adsorção. A pilarização produz importantes modificações nas características das argilas, como aumento de espaço basal (afastamento e sustentação das camadas típicas destes materiais por pilares de óxidos metálicos), porosidade, área superficial específica, estabilidade térmica e atividade catalítica (GIL et al, 2011; BERGAYA et al 2006). Neste trabalho objetivou-se sintetizar argilas pilarizadas com ferro, e estudar a influência da relação entre quantidade de metal durante a síntese e o tamanho espaço basal no material pilarizado. O método escolhido para determinar o valor do espaço basal foi a difratometria de raios-X (DRX), técnica fundamental na caracterização de argilas. Este trabalho foi desenvolvido durante a disciplina de Química Inorgânica Experimental, do curso de Bacharelado em Química da Universidade Federal de Itajubá.

Material e métodos

O procedimento foi planejado para acontecer ao longo de 3 diferentes aulas experimentais, sendo que cada uma possui tempo estimado de três horas e vinte minutos. O processo de pilarização é classicamente dividido em três etapas: i) obtenção do oligômero, ii) intercalação do oligômero na argila e iii) tratamento térmico (Gil et al, 2011). Primeiro os grupos prepararam o oligômero, um complexo de coordenação com três átomos de ferro, conhecido acetato trinuclear de ferro III [Fe3(CH3COO)7OH.2H2O]+NO3- de acordo com o método relatado por Yamanaka e colaboradores (1984). Este oligômero foi posteriormente empregado na pilarização de uma argila montmorilonita e uma caulinita. Na segunda etapa cada grupo preparou seu material pilarizado variando a quantidade de ferro. A intercalação foi realizada a partir de uma solução aquosa 0,04 molL-1 do oligômero de ferro (agente pilarizante), preparado pelos discentes durante as aulas, que foi incorporado sob gotejo lento a uma suspensão 1% (m/v) de cada argila. Os materiais intercalados foram separados por centrifugação e lavados com água destilada para remoção de nitrato e sódio residuais. As argilas intercaladas foram secas em estufa a 60°C durante 24 horas. Foram empregadas as proporções de: 5,0; 15,0 e 25,0 mmol de ferro por grama de argila. Na etapa final as argilas foram submetidas ao tratamento térmico que foi realizado em mufla com rampa de 5 °C por minuto de 25 a 500 °C permanecendo por 1 hora na temperatura final. A difratometria de raios X (DRX) foi realizada pelo método do pó em equipamento PANalytical operando com radiação kα do Cobalto (1,789 nm), tensão de 45 kV, corrente de 30 Å e ângulo de varredura 2θ variando de 4 a 50°.

Resultado e discussão

O difratograma obtido para a bentonita (Figura 1) mostra uma reflexão intensa e larga em baixa angulação referente ao espaçamento basal (JCPDS - 00-029-1498). Para a bentonita utilizada neste trabalho o valor de d001 calculado pela lei de Bragg foi 1,41 nanômetros (nm). Outras difrações em ângulos 2θ como 23,1° e 24,1° são associadas à estrutura cristalina da argila. A presença de minerais associados, como quartzo e feldspato, foi comprovada pela intensa difração em 2θ = 31° (AYODELE et al, 2012; BERGAYA et al, 2006). Os materiais pilarizados apresentam novo valor de espaço basal d001 em torno de 1,62 nm (2θ = 6,30°), o que representa um aumento de aproximadamente 15%, em relação ao material de partida. Estes valores comprovam que o processo de pilarização ocorreu com sucesso e já foi relatado por outros autores preparando argilas pilarizadas (BANKOVIĆ et al, 2012; CATRINESCU et al, 2012; TIRELI et al, 2015). O aumento na concentração de ferro ocasionou a diminuição da intensidade d001. Esta diminuição corrobora com dados da literatura (DE LEON et al, 2013). O padrão obtido para a caulinita (Figura 2) sem modificação empregada neste trabalho exibe picos característicos da argila (JCPDS – 29-1488). Aplicando a lei de Bragg, no ângulo 2θ = 14,3°, foi calculado o valor de 7,18 nm para o espaço basal do material de partida. Não foi observado um deslocamento significativo da angulação da difração d001, mas a intensidade da difração foi muito maior nas argilas modificadas. O aumento da intensidade d001 em caulinitas é um indicativo do aumento da distância entre as camadas adjacentes (ZENG et al, 2014). Podemos concluir que o processo de pilarização aconteceu, pois, o colapso da estrutura em camadas resultaria no desaparecimento da difração d001.

Perfis de difração de raios X: bentonita (preto), 5 mmol de Fe (azul escuro), com 10 mmol de Fe (magenta), e 25 mmol de Fe (azul claro)


Perfis de difração de raios X: caulinita (preto), as argilas com 5 mmol de Fe (azul claro), com 10 mmol de Fe (azul escuro) e 25 mmol (magenta).

Conclusões

Por meio das análises dos difratogramas, foi possível observar que a quantidade do oligômero, representada pela quantidade de ferro, interfere diretamente no valor do espaço basal, diminuindo este quando se tem o maior teor de metal. Este comportamento foi verificado no caso de pilarização das bentonitas, nas caulinitas, onde a pilarização de confirmou pelo aumento da intensidade da difração d001, o teor de metal não influenciou negativamente. Os discentes tiveram contato com temas atuais e aplicáveis durante a disciplina, o que se mostrou bastante importante e adaptável ao momento do curso.

Agradecimentos

Ao instituto de Física e Química (IFQ) e ao laboratório de caracterização estrutural (LCE) do Instituto de Engenharia Mecânica (IEM) da Universidade Federal de Itajub

Referências

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