SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE SÓLIDOS LAMELARES COM POTENCIAL PARA APLICAÇÃO EM FOTOCATÁLISE.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Soares, B.E.C.F.S. (UFMA) ; Alcântara, A.C.S. (UFMA)

Resumo

Tecnologias robustas e bastante promissoras para aplicação na remediação ambiental com o uso de catalisadores vem sendo desenvolvidas. Devido a eficácia e reutilização dos materiais aplicados, os usos dos hidróxidos duplos lamelares como novos tipos de catalisadores estão sendo empregados, onde suas propriedades adsorventes conseguem capturar altas taxas dos poluentes e quando passam por processos fotocatalíticos conseguem degradar, reconstituindo esses efluentes. O método de co-precipitação foi utilizado para sintetizar os materiais e a partir das técnicas de DRX e FTIR, mostraram uma boa cristalinidade indicando que o método de co precipitação é eficiente para essa finalidade.

Palavras chaves

hidróxido duplo lamelar; fotocatálise; catalisador

Introdução

Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) são argilas aniônicas formadas a partir da interação de cátions metálicos com diferentes valências. Estes estão presentes no interstício das lamelas octaédricas, devem ser octaedricamente coordenados e possuírem raios atômicos próximos. Devido a essas regras de formação, praticamente todos os metais presentes na tabela periódica podem ser explorados. Possuem ocorrência natural e podendo ser sintetizados em laboratório por meio de rotas simples ( RODRIGUES, 2007). As rotas de síntese podem ser diretas ou indiretas, partindo da mistura dos metais precursores e do precursor calcinado, respectivamente. Na forma de óxidos esses materiais são ainda mais eficazes para aplicação em processos fotocatalíticos, pois, a presença de oxigênio na estrutura aumenta a reatividade e energia do semicondutor fazendo com que a promoção de elétrons seja realizada de maneira eficiente e com maior duração (FONTES, 2016). Atualmente novas formas de semicondutores são propostos, no entanto, o uso de materiais lamelares ganham destaque nessa área devido a sua elevada área superficial especifica, decorrente da sua estrutura possuir lamelas individuais com cristais de dimensões reduzidas (XU et al., 2011). Estes catalisadores contêm metais que atuam como sítios ativos nas reações e possuem as mesmas características estruturais que o cristal estendido, fazendo com que a atividade fotocatalítica aumente, portanto, a capacidade de migração do elétron aumenta e a recombinação elétron/lacuna diminui. Diante do exposto o presente trabalho objetiva um estudo integrado sobre novos materiais a base ZnAl dopados com Cério na proporção 2:1:1 e 2:1:5% visando aplicação como fotocatalisadores.

Material e métodos

A síntese dos materiais foram realizadas a partir de diferentes proporções de Cério na estrutura da HDL de ZnAl, preparadas pelo método de co- precipitação in situ a pH constante da seguinte maneira: uma solução contendo os metais precursores de Zn ,Al e Ce nas proporções de Zn:Al:Ce de 2:1:1 e 2:1:5%, foi adicionada gota a gota, sob vigorosa agitação sobre 0,150 L de água a pH controlado por meio de uma solução NaOH 1 mol L-1 e temperatura fixa em 60°C. Na sequência, foi mantido o tempo de envelhecimento durante 24 horas nas mesmas condições da síntese. Ao término da síntese, os sólidos em suspensão foram lavados por 3 ciclos de centrifugação a 12000 rpm durante 20 minutos cada uma. Os HDL resultantes foram secas na estufa a 80°C durante 5 horas, e posteriormente macerados em almofariz buscando-se a obtenção grânulos uniformes. A caracterização dos materiais obtidos foi realizada por diversas técnicas físico-quimicas, tais como espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difratometria de Raio X (DR-X). As especificações dos equipamentos são: FTIR – Marca: SHIMADZU. Modelo: IR- Prestige-21. Resolução de 4 cm-1. Faixa de varredura: 400 a 4000 cm-1. Análise em pastilha de KBr, e DR-X – Marca: BRUKER. Modelo: D8 Advance. Faixa de varredura entre 2° e 70°. Raios X gerados por um ânodo de Cu (Kα), λ = 1,54056 Å, operando em 30 mA de corrente e 40kV de potencial.

Resultado e discussão

Os difratogramas mostraram a estrutura cristalina dos materiais obtidos por meio da síntese por co-precipitação in situ, onde os planos de difração característicos dos HDL confirmaram a formação do produto desejado. Os materiais sintetizados apresentam picos estreitos, simétricos e fortes em ângulos baixos. Os planos de reflexão (003) e (006) indicam o empilhamento perfeito das lamelas, enquanto os planos (110) e (113) nos mais altos ângulos representam a formação das lamelas. Isso mostra a formação dos hidróxidos com estrutura hexagonal e alto grau de cristalização indicando a organização do material. A presença do óxido de cério é confirmada pela presença das reflexões em ângulos próximo a 30° e 45°, sinais esses que de fato não são evidenciados no branco ZnAl-HDL. Os espectros referentes as estruturas de ZnAlCe em diferentes proporções indicam que houve a formação do material, a partir da observação das bandas características de suas ligações. A banda de absorção em torno de 3455 cm-1 é atribuída aos estiramentos dos grupos hidroxilas presente nas lamelas dos HDLs, a banda em 1656 cm-1 corresponde a deformação angular das moléculas de água interlamelar. As bandas características entre 790 e 500 cm-1 referentes as deformações axiais relacionam-se aos metais divalente e trivalente com o oxigênio das ligações M-O-M (M=Zn, Al e Ce).

Espectros de infravermelho (FTIR) para o material ZnAlCe-HDL nas proporções de 2:1:1 e 2:1:5%


Difratogramas de raio X ZnAl-HDL 2:1, ZnAlCe-HDL, 2:1:1 e ZnAlCe-HDL 2:1:5%.

Conclusões

Os resultados das caracterizações mostram que a síntese dos hidróxidos duplos lamelares de ZnAlCe foi possível por meio do método de co-precipitação in situ a pH constante, devido a boa cristalinidade observada nos difratogramas como também a presença dos cátions desejados em sua estrutura. Dessa forma, a aplicação do material obtido frente a fotocatálise será o próximo passo desse trabalho como também a calcinação de tais estruturas, a fim de se obter os óxidos duplos lamelares, nos quais são interessantes em estudos de química de superfície, tal como catálise.

Agradecimentos

Agradecemos à FAPEMA, projeto UNIVERSAL-01118/16 e pela bolsa de mestrado concedida, a central analítica (CCET-UFMA-Química) ao LIM-BIONANOS (UFMA) E A CENTRAL DE MAT

Referências

FONTES, D.A.F. Síntese e aplicação de hidróxidos duplos lamelares: adjuvantes funcionais para incremento de solubilidade e sistemas de liberação de fármacos. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Pernambuco, Recife 2016.
RODRIGUES, J.C. Síntese, caracterização e aplicação de argilas aniônicas do tipo hidrotalcita. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto alegre 2007.
XU, Z. P.; ZHANG, J.; ADEBAJO, M. O.; ZHANG, H.; ZHOU, C. Catalytic applications of layered double hydroxides and derivatives. Applied Clay Science, v. 53, n.2, p. 139-150, 2011.