Bentonitas silanizadas com aminossilanos por reação em micro-ondas

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Inorgânica

Autores

dos Santos, A.N. (UFPB) ; da Fonseca, M.G. (UFPB)

Resumo

Argilominerias têm sido bastante aplicados para reações de silanização visando a obtenção de materiais funcionais aplicados em adsorção, catálise, transporte de fármacos, entre outros. Neste trabalho materiais híbridos de bentonita foram obtidos por reações com silanos aminados de cadeias crescentes em micro-ondas por 5 min a 50 ºC. Difratometria de raios-X e espectroscopia de infravermelho foram aplicadas na caracterização dos sólidos. Os resultados obtidos sugerem que os silanos foram imobilizados na bentonita em tempo bastante inferior ao método convencional.

Palavras chaves

Bentonitas silanizadas; Híbridos; Organossilanos

Introdução

Cada vez mais as tecnologias requerem materiais essencialmente biocompatíveis, com propriedades diferenciadas e matéria-prima de baixo custo. Consequentemente, os materiais híbridos, tendo como suporte as argilas, surgem como uma alternativa promissora que atende a essa perspectiva. Desta forma, os argilominerais, como é o caso da bentonita, apresenta propriedades adequadas para serem empregadas como estruturas hospedeiras para a obtenção de sistemas orgânico-inorgânicos altamente organizados (NICOLE et al., 2014 ; MAHMOODI et al., 2017). A viabilidade de modificação química da bentonita permite o desenvolvimento de diversos tipos de materiais biocompatíveis, que podem ser utilizados em diferentes setores tecnológicos (SANCHEZ et al., 2011). Dentre as metodologias, destacam-se as reações de silanização. Este processo envolve a ligação covalente entre o silano e a estrutura do sólido, permitindo produtos mais estáveis quimicamente (ASGARI; SUNDARARAJ, 2018). Como resultado, pode-se obter materiais funcionais, com aplicações em tratamento de água residual, como adsorventes de contaminantes orgânicos, entre outros (He, et al., 2014; GE et al., 2015). As reações de silanização são realizadas através do método convencional em presença de solventes próticos ou apróticos. No entanto, reações feitas em micro ondas apresentam como principal vantagem o curto período de tempo, além disso, a energia produzida pela irradiação pode levar a obtenção de produtos com diferenças nas configurações dos silanos, que pode ser decisivo no uso destes híbridos. Nesta perspectiva, este trabalho tem como objetivo investigar a modificação da bentonita com agentes sililantes nitrogenados, a fim de investigar o efeito da cadeia ligada do grupo amino em relação à organofuncionalização.

Material e métodos

Neste processo, incialmente foi pesado 3,0 g de bentonita sódica (cedia pela Bentonisa - Bentonita do Nordeste, Boa Vista, Paraíba - Brasil), na qual foi adicionada 40 mL de etileno glicol e 10 mL do agente sililante. Esta suspensão foi homogeneizada e em seguida levada para aquecimento via micro-ondas (IS-TEC MW, modelo RMW-1/1100 W e 2,45 GHz) a 50 ºC por 5 min. Em seguida, os sólidos obtidos foram centrifugados, lavados com água destilada e secados em estufa com temperatura de 50 °C. Para este procedimento foram utilizados os agentes sililantes 3-propiletilenodiaminatrimetoxissilano (NN) e 3-propiletilenotriaminotrimetoxissilano (NNN). Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios X utilizando um difratômetro Shimadzu/modelo XD3A) e por espectroscopia de infravermelho/FTIR em um espectrofotômetro Shimadzu modelo IR Prestige-21.

Resultado e discussão

A análise da amostra de partida sugere a presença de montmorillonita como fase predominante na amostra de bentonita. O espaçamento basal da montmorillonita foi de 1,25 nm, o qual corrobora com a literatura (BERTUOLI et al, 2014; ASGARI; SUNDARARAJ, 2018). Nos difratogramas das amostras silanizadas é possível inferir que houve a intercalação dos organossilanos na estrutura da bentonita. Observa-se, além disso, que o sólido modificado com o 3-propiletilenodiaminatrimetoxissilano (NN) apresentou maior valor de distância interlamelar, d (001)= 1,74 nm, quando comparado com o 3-propiletilenotriaminotrimetoxissilano (NNN), d=1,50 nm, muito embora o último silano ser constituído por cadeia mais longa. Este fato pode ser atribuído devido à formação de ligações de hidrogênios intermoleculares entre os grupos NH ou menor entrada de silano na região interlamelar. A técnica de espectroscopia de infravermelho, em concordância com os dados de DRX, também indicaram que houve a modificação da bentonita com os agentes sililantes utilizados considerando o surgimento de novas bandas em torno de 2941 cm-1 e em 1520 cm-1, as quais são atribuídas ao estiramento assimétrico do grupo CH e deformação assimétrica do grupo NH2, respectivamente, dos organossilanos (PAVIA, 2009; MADEJOVÁ et al, 2011.

Difratogramas de raios - X para a (a) Bentonita e suas formas silanizadas sob aquecimento de microondas (b) BENT-NN e (c) BENT-NNN.


Espectros de FTIR para (a) bentonita pura e suas formas modificadas com os silanos sob aquecimento de microondas: (b) BENT-NN e (c) BENT-NNN

Conclusões

A bentonita foi modificada com agentes sililantes nitrogenados de cadeia crescente, por meio de reaçoes de silanização em micro-ondas. Os silanos foram imobilizados neste argilomineral em tempo bastante inferior ao método convencional. Os dados de difratograma de raios - X evidenciam a intercalação dos silanos na bentonida independente do comprimento da cadeia orgânica, ocorrendo variações do espaçamento basal na região interlamelar. Obteve-se portanto, sólidos com possíveis propriedades melhoradas comparada com a bentonita pura.

Agradecimentos

À CAPES, CNPQ e ao Laboratório de Combustíveis e Materiais - LACOM.

Referências

ASGARI, M.; SUNDARARAJ, U. Silane functionalization of sodium montmorillonite nanoclay: The effect ofdispersing media on intercalation and chemical grafting. Applied Clay Science, v. 153 p. 228 – 238, 2018.

BERTUOLI, P.T.; PIAZZA, D.; SCIENZA, L.C.; ZATTERA, A.J. Preparation and characterization of montmorillonite modified with 3-aminopropyltriethoxysilane. Appl. Clay Sci., v. 87, p. 46 – 51, 2014.

GE, X.; LI, M.; LI, X.X. CHO, U.R. Effects of silane coupling agents on the properties of bentonite/nitrile butadiene rubber nanocomposites synthesized by a novel green method. Appl. Clay Sci., v. 118, p. 265 – 275, 2015.

HE, H.; MA, L.; ZHU, J.; FROST, R.L., THEND, B.K.G.; BERGAYA, F. Synthesis of organoclays: A critical review and some unresolved issues. Appl. Clay Sci., v.100, p. 22 – 28, 2014.

MADEJOVÁ, J.; GATES, W. P.; PETIT, S. IR Spectra of Clay Minerals. Developments in Clay Science, v. 8, p. 107 – 149, 2017.

MAHMOODI, A. et al. A hybrid dye-clay nano-pigment: Synthesis, characterization and application inorganic coatings. Dyes and Pigments, v. 147, p. 234 – 240, 2017.
NICOLE, L. et al. Hybrid materials Science: a promised land for the integrative design of multifunctional. Nanoscale, v. 6, n. 12, p. 422 – 433, 2014.

PAVIA,D.L.etal. IntroductiontoSpectroscopy. [S.l.]:BrooksCole, 2009.

SANCHEZ, C. et al. Applications of advanced hybrid organic–inorganic nanomaterials: from laboratory to market. Chemical Society Reviews, v. 40, n. 2, p. 696 – 753, 2011.