Purificação de Hidróxidos Duplos Lamelares de Magnésio Modificados com Alumínio e Crômio (III) através de Controle de Condutividade

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Hisano, C. (UEMS - UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE NAVIRAÍ) ; Gaspar, L. (UEMS - UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE NAVIRAÍ) ; Kawahara, C. (UEMS - UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE NAVIRAÍ) ; Barbosa, G. (UEMS - UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE NAVIRAÍ) ; Cavalheiro, A. (UEMS - UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE NAVIRAÍ)

Resumo

As hidrotalcitas naturais são tipicamente compostas por magnésio e alumínio e carbonato como espécie interlamelar adsorvida, devido à abundância destes constituintes no solo e em águas naturais. Entretanto, as hidrotalcitas sintéticas possuem maior aplicabilidade, devido à pureza e controle estrutural, o que permite seu uso como antiácido de grande eficiência. No entanto, várias outras aplicações demandam diferentes comportamentos, como processos de adsorção mais seletivos para compostos orgânicos. Neste trabalho, a influência do cromo (III) em relação ao alumínio, como cátions trivalentes foi estudada. Os valores de condutividade e pH dos filtrados revelaram que hidrotalcitas contendo cromo (III) são mais solúveis e susceptíveis à desidratação do que composições com alumínio.

Palavras chaves

Hidrotalcita; Solubilidade; Desidratação

Introdução

Um dos tipos mais eficientes de argilas sintéticas são as argilas aniônicas obtidas a partir de hidróxidos duplos lamelares (HDL), tendo como cátion majoritário o magnésio. A inclusão de cátions trivalentes neste tipo de estrutura, denominada de brucita Mg(OH)2, gera lamelas carregadas positivamente, que passam a exibir caraterísticas típicas de adsorção, notadamente espécies aniônicas, como cloretos, nitratos, fosfatos e carbonatos, comuns em águas naturais. As lamelas se organizam com 3 unidades de repetição com simetria trigonal (CREPALDI et al., 1998; WIYANTOKOA et al., 2015; GU et al., 2015; TIMOFEEVA et al., 2016). Grande parte das estruturas HDL tem o cátion alumínio como espécie trivalente substituída e o carbonato como espécie interlamelar, recebendo a denominação específica de hidrotalcitas. Várias espécies aniônicas podem ser adsorvidas neste tipo de mineral, o que o torna muito versátil para a descontaminação ambiental. Por este motivo, as hidrotalcitas sintéticas possuem uma aplicabilidade ainda maior, por poderem ser obtidas com composições ajustáveis e livres de poluentes naturais, permitindo o uso até como fármaco antiácido de grande eficiência (MIYATA, 1980; VIEILLARD, 2000; LIN et al., 2014). No entanto, a substituição do cátion trivalente de alumínio pelo cátion de cromo (III) pode alterar a capacidade adsorvente e a seletividade para determinados compostos orgânicos, gerando catalisadores heterogêneos específicos (PRAKASH et al., 2006; EBITANI et al., 2016; ARDHAYANTIA & SANTOSA, 2016). Entretanto, as características em meio aquoso podem ser alteradas por este tipo de modificação, o que leva ao objetivo deste trabalho, que foi investigar como a presença de crômio (III) afeta no processo de purificação de hidrotalcitas carbonatadas de magnésio.

Material e métodos

Neste trabalho, foram obtidos três composições de hidrotalcita, variando a proporção entre cátions trivalentes, como substituintes do alumínio. Na primeira amostra, utilizou-se a composição de referência (M8A2C0), contendo somente alumínio, enquanto que nas outras duas amostras, o cátion de alumínio foi parcial (M8A1C1) ou totalmente (M8A0C2) substituído por cátions de crômio (III), mantendo as quantidades de cátions magnésio e ânions carbonato constantes. As amostras foram sintetizadas pelo método da coprecipitação com hidróxido de sódio acrescido de carbonato de sódio na proporção requerida. A amostra M8A2C0 incluiu uma solução mista de cátions contendo nitrato de magnésio hexahidratado e nitrato de alumínio nonaidratado, enquanto a amostra M8A0C2, incluiu uma solução mista de cátions contendo nitrato de magnésio hexahidratado e nitrato de crômio III nonaidratado. A amostra M8A1C1 conteve nitrato de magnésio hexahidratado e quantidades equimolares de nitrato de alumínio nonaidratado e nitrato de crômio III nonaidratado. Para a precipitação das amostras, as soluções mistas de cátions são adicionadas lenta e simultaneamente à solução precipitante de hidróxido de sódio acrescida de carbonato de sódio em um béquer reacional contendo solução hidróxido de sódio (pH 11) pré-aquecida a 90 ºC, mantida sob vigorosa agitação durante todo o processo de precipitação. Em seguida, a suspensão é resfriada ainda em agitação vigorosa e deixada em decantação por 18 horas, antes do processo de purificação por lavagem com água destilada e filtração a vácuo, com controle de pH e condutividade para o filtrado, para garantir a total remoção dos contra íons sódio e nitrato do processo de precipitação.

Resultado e discussão

Os dados de condutividade e pH ao longo do processo de purificação são apresentados na Figura 1. É possível observar que os valores de condutividade dos filtrados cai exponencialmente até o terceiro ciclo de lavagem, acompanhado pela redução de pH. Os valores de condutividade se elevam de modo tênue entre o quarto e sétimo ciclos e, finalmente, passa a decrescer continuamente até décimo quinto ciclo, se situando entre 0,03 e 0,06 mS/cm, com valores maiores para amostras com mais crômio (III). Os valores finais de pH se situam entre 8,2 e 8,8, com valores maiores para amostras com mais alumínio. Este valores finais estão acima dos apresentados para água destilada usada no processo de purificação (0,01 mS/cm e pH 7,2) e refletem a alteração do produto de solubilidade para as amostra contendo mais crômio (III). Os menores valores de pH para as amostras contendo crômio refletem que os íons presentes no filtrado possui algum caráter ácido, o que é condizente com a formação de ácido cromoso HCrO2 como subproduto do processo de dissolução, o qual pode ser também representado como oxi-hidróxido de crômio (III) CrOOH, onde o próton da hidroxila é dissociável. Esta constatação é coerente com a variação de cor das amostras após secagem em dessecador por 48 horas, mostradas na Figura 2. Nas imagens, observa-se que a amostra M8A2C0, apresenta cor branca característica e é mais granulada, enquanto a amostra M8A1C1, apresenta forte coloração azul, característica da presença do hidróxido de crômio (III) e menor granulação. Já a amostra M8A0C2 apresenta uma granulometria muito fina e uma atenuação da cor azul (com leve tom de ciano), indicando que parte do crômio (III) já se apresenta desidratado, cuja coloração característica é verde.

Controle do processo de purificação das amostras M8A2C0, M8A1C1 e M8A0C2.


Coloração e aspecto granulométrico das amostras M8A2C0, M8A1C1 e M8A0C2, secas em dessecador por 48 horas.

Conclusões

Neste trabalho, foram obtidas diferentes composições de hidrotalcita pelo método da precipitação com hidróxido em pH 11, investigando a influência do cátion trivalente alumínio e crômio (III). O comportamento de cada amostra durante o processo de purificação foi monitorado pela variação de condutividade e pH e revelou aspectos morfológicos e de coloração que indicam que o crômio (III) gera um material mais susceptível a desidratação e com ligeiro aumento de solubilidade. Estes resultados indicam que hidrotalcitas com crômio (III) são menos estáveis do que composições com alumínio.

Agradecimentos

Os autores agradecem a PIBAP-UEMS, FUNDECT, CNPq, CAPES e FINEP pelo apoio financeiro e bolsas concedidas.

Referências

ARDHAYANTIA, L.I.; SANTOSA, S. J. Synthesis of Magnetite-Mg/Al Hydrotalcite and Its Application as Adsorbent for Navy Blue and Yellow F3G Dyes. Procedia Engineering. v. 148, p. 1380-1387, 2016.
CREPALDI, E. L.; VALIM, J. B. Hidróxidos Duplos Lamelares: Síntese, Estrutura, Propriedades e Aplicações. Química Nova. v. 21, n. 3, p. 300-311, 1998.
EBITANI, K.; MOTOKURA, K.; MORI, K.; MIZUGAKI, T.; KANEDA, K. Reconstructed Hydrotalcite as a Highly Active Heterogeneous Base Catalyst for Carbon-Carbon Bond Formations in the Presence of Water. The Journal of Organic Chemistry. v. 71, p. 5440-5447, 2006.
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PRAKASH A. S., KAMATH V., HEGDE M.S. Synthesis and characterization of the layered double hydroxides of Mg with Cr, Materials Research Bulletin v. 35, p. 2189-2197, 2000.
TIMOFEEVA, M. N.; KAPUSTIN, A. E.; PANCHENKO, V. N.; BUTENKO, E. O.; KRUPSKAYA, V. V.; GIL, A.; VICENTE, M. A. Synthetic and natural materials with the brucite-like layers as high active catalyst for synthesis of 1-methoxy-2-propanol from metanol and propylene oxide. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. v. 43, p. 22-30, 2016.
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WIYANTOKOA, B.; KURNIAWATIA, P.; PURBANINGTIAS, T. E.; FATIMAH, I. Synthesis and Characterization of Hydrotalcite at Different Mg/Al Molar Ratios. Procedia Chemistry. v. 17, p. 21-26, 2015.