Caracterização por difração de raios x das etapas de obtenção de uma da alumina de transição para fins catalíticos

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Inorgânica

Autores

Chaves, S.H.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Oliveira, A.F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Pereira, L.C.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Farias, M.M.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Nogueira, P.A.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Fonseca, B.E.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Monteiro, W.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ)

Resumo

As aluminas são utilizadas como catalisadores ou como suportes catalíticos em diversas reações químicas. O uso como suporte permite elevada dispersão de espécies ativas em sua superfície. Entretanto, a alumina obtida industrialmente possui certas limitações à catálise, devido às suas características texturais e morfológicas, recorrendo-se muitas vezes à utilização da síntese de precursores alternativos para a obtenção da alumina com propriedades adequadas à catálise. Objetivou-se com este trabalho a síntese e caracterização de uma gama-alumina para utilização como suporte catalítico. Foram envolvidas duas etapas na formação da alumina com análise de difratogramas das fases obtidas em cada etapa, e ao final foi obtida uma gama-alumina de baixa cristalinidade a partir de uma pseudoboehmita.

Palavras chaves

suporte catalítico; alumina ; síntese

Introdução

A alumina é um composto químico de alumínio e oxigênio, cuja fórmula molecular é Al2O3. A forma cristalina mais comum da alumina é a alfa-Al2O3, conhecida como coríndon. Os íons oxigênio formam uma estrutura hexagonal compacta, com os íons alumínio preenchendo os interstícios octaédricos (ROCHA, 2011). A alumina possui uso em diversos segmentos, contudo a alumina obtida industrialmente possui certas desvantagens no uso como superfície ativa, logo se faz necessária a utilização da síntese de precursores para a obtenção da alumina com fase cristalográfica adequada. A alumina (Al2O3) não somente pode existir na forma de coríndon, mas também pode assumir várias fases metaestáveis. As aluminas de transição são divididas em duas grandes categorias, dependendo do arranjo espacial dos oxigênios: em célula cúbica de face centrada (cfc) ou em célula hexagonal compacta (hc). As que se encaixam na estrutura cfc são a gama-, a eta-, a theta- e a delta-alumina, ao passo que as baseadas na estrutura hc são a capa-, a ki-, e a alfa- alumina (o próprio coríndon) (LEVIN e BRANDON, 1998) De acordo com Andrades et al. (2015), as aluminas ativadas (gama aluminas) com alta área específica são amplamente empregadas como catalisadores e adsorventes em aplicações de separação, o que se deve principalmente a seu baixo custo, alta estabilidade térmica e boa interação com metais de transição. De acordo com Andrades et al. (2015), a pseudoboehmita é um material sintético que tem grande importância como precursora da gama alumina. A calcinação da pseudoboehmita em temperaturas de cerca de 500 °C origina a gama-alumina. O presente trabalho visa a obtenção e caracterização da gama- alumina a partir da pseudoboehmita para utilização como suporte catalítico de baixa cristalinidade.

Material e métodos

A síntese foi realizada durante o período no qual foi ministrada a disciplina de Síntese e Caracterização de Compostos Inorgânicos ao curso de Química (Bacharelado), na Universidade Federal do Pará. A síntese foi realizada a partir da pesagem de aproximadamente 3,2 g de (aluminato de sódio) NaAlO2, que foi posteriormente transferido para um béquer de 100 mL e dissolvido com 8 mL de água destilada. Em seguida, com auxílio de bureta, fez-se a adição lenta de HNO3 15% à solução de aluminato, com taxa média de 5,9 mL/min. A adição foi realizada mediante aquecimento controlado ao redor de 70 °C e agitação contínua do sistema. Ao completar 30 minutos de aquecimento com agitação, o gel obtido foi filtrado a vácuo com papel de filtro quantitativo, sendo lavado 2 vezes com porções de aproximadamente 40 mL de água destilada e 2 vezes com porções de 25 mL de hidróxido de amônio 1%. Terminada a filtragem, o sólido foi posto em estufa à 90°C por 120 h. Essa etapa consistiu da obtenção de uma fase hidróxido de alumínio, uma pseudoboehmita a ser confirmada por difratometria de raios X. Após a secagem em estufa, o sólido foi fracionado em duas porções, uma de massa equivalente a dois terços da massa original, e outra de massa equivalente a um terço. A porção de maior massa foi calcinada (temperatura inicial: 31°C e temperatura final: 500°C), sob taxa de variação de 5 °C/min, para então deixá-la à 500 °C por 2 horas. Caracterizou-se a massa calcinada e a porção não calcinada por difratometria de raios X.

Resultado e discussão

A massa de pseudoboehmita obtida após a etapa de secagem foi de 1,722 g, com rendimento de 73,5% para a síntese. Cerca de um terço da massa obtida de pseudoboehmita foi destinada para análise em DRX, enquanto 1,216 g foram calcinados à 500°C para a obtenção de gama-alumina. A massa de gama-alumina obtida após a calcinação foi de 0,9970 g com perda de massa de 17,8 %, correspondente à massa de água que foi retirada da estrutura da mesma, que passou a apresentar outra estrutura cristalográfica. Os difratogramas das amostras sintetizadas de pseudoboehmita e de gama- alumina são apresentados na Figura 1. Observa-se que tanto para a amostra de pseudoboehmita (NC-B) quanto para a alumina calcinada a 500 ºC (C-B) os picos são largos e pouco intensos. O material sintetizado em NC-B apresenta padrão de difração muito similar à de uma boehmita bem cristalizada, pelo menos com as mesmas reflexões, todavia, com picos não tão bem definidos ou intensos quanto aos do difratograma da Figura 2. O difratograma da alumina obtido na Figura 1 (C-B) também apresenta as mesmas características da pseudoboehmita: picos de baixa intensidade e pequena definição. Todavia, é possível verificar a presença de picos característicos de uma gama-alumina. É possível que a definição e a intensidade dos picos estejam relacionadas com o tempo de envelhecimento térmico para a pseudoboehmita e de calcinação para a alumina, devido sua influência sobre o grau de cristalinidade do material. No entanto, de acordo com Santos et al. (2009), o padrão de DRX de uma pseudoboehmita, como é o caso deste trabalho, é semelhante ao de uma boehmita bem cristalizada, mas com diferenças nas intensidades relativas dos picos; todas as reflexões da boehmita estão presentes, incluindo a reflexão basal (d [020]) da Figura 2.

Difratogramas da pseudoboehmita e de gama-alumina sintetizadas.


Difratograma de uma boehmita bem cristalizada.

Conclusões

Conclui-se que é possível aplicar a técnica adotada neste estudo para sintetizar aluminas para serem utilizadas como suporte catalítico. Verificou- se que o padrão obtido antes da calcinação é compatível com uma pseudoboehmita e o obtido após a calcinação aproxima-se da fase gama-alumina, mais cristalina do que a pseudoboehmita. Porém, o padrão ainda revela que a amostra é uma mistura das duas fases. Há ainda que a necessidade de outras investigações para assegurar que a característica do material final seja aplicável aos interesses da catálise tais como a área superficial e a estrutura poros.

Agradecimentos

Agradecemos aos técnicos do Laboratório de Catálise e Oleoquímica (LCO-UFPA), ao professor Waldinei Monteiro e aos monitores da disciplina de Síntese e Caracterização de Compostos Inorgânicos.

Referências

ANDRADES, R. C.; JÚNIOR, A. H. M.; MIRANDA, L. F. Síntese de gama alumina a partir de pós cerâmicos de pseudoboemita obtida pelo processo sol-gel. 59º Congresso Brasileiro de Cerâmica (Anais), Barra dos Coqueiros, SE, 2015.

LEVIN, I.; BRANDON, D. Metastable Alumina Polymorphs: Crystal Structures and Transition Sequences. J. Am. Ceram. Soc. v.81, n.8, p.1995-2012, 1998.

MONTEIRO, W. M., Processo para obtenção de precursor de alumina, PI0909476-A2.

MONTEIRO, W. R., Novos Catalisadores Multimetálicos Empregados em Reações de Hidrotratamento (HDT) de Gasóleos de Petróleos, Tese de Doutorado, Instituto Militar de Engenharia, 2009.

ROCHA, G. A. Síntese e Caracterização de Hidróxidos de Alumínio com duas Dimensões Nanométricas (Morfologia Fibrilar) ou com uma Dimensão Nanométrica (Morfologia de Placas/Lâminas). Tese (Doutorado em Engenharia). Escola Politécnica de São Paulo. São Paulo, 2013.

SANTOS, P. S.; COELHO, A. C. V.; SANTOS, H. S.; KIYOHARA, P. K. Hydrothermal Synthesis of Well-Crystallised Boehmite Crystals of Various Shapes. Materials Research, v.12, n.4, p.437-445, 2009.