Síntese de Hematita por Método Hidrotermal Assistido por Micro-Ondas: Uma Abordagem da Química Verde.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Verde

Autores

Santos, F.H.S. (UFMA) ; Diniz, P.A.F. (IFMA) ; Nascimento, U.M. (UFMA)

Resumo

O uso do óxido de ferro para aplicação em áreas na indústria, tem ganho destaque no meio científico como forma de catalisador em métodos de tratamento de poluentes. O método para sintetizar esse mineral, feito por meio de planejamento experimental trabalhado com duas variáveis (concentração e tempo), com tratamento de aquecimento hidrotermal via micro- ondas. A partir desse método, resultando em hematitas com morfologia bem definidas, esféricas e cúbicas analisadas por DRX e MEV. Sendo sua principal vantagem o rápido aquecimento em elevada pressão por meio de um sistema fechado.Os avanços econômicos e de consumo, iniciou o processo de forma gradual a respeito sobre a preocupação entre sociedade civil o interesse com as problemáticas ambientais, com ganho da Química Verde no auxílio.

Palavras chaves

Hematita; Método hidrotermal; Química verde

Introdução

O estudo de síntese de compostos cerâmicos é de grande importância para a comunidade acadêmica e para a indústria, pois possibilita o aprimoramento de técnica existentes e a criação de novos métodos. Tais compostos possuem uma relevante atividade em diversos processos industriais, catalíticos e até mesmo biológicos. Um desse composto é a hematita que possui múltiplas aplicações, como baterias, sensores de gás, catálise. Os métodos mais comuns de síntese de hematita são co-precipitação (HOSSEINI-ZORI,M.et al., 2008) sol-gel (OPUCHOVIC,O. et al. 2015), combustão, hidrotermal (TADIC,M. et al, 2017) com aquecimento convencional ou por irradiação de micro-ondas (BAILLYA,G. et al. 2015), no entanto tais métodos apesar de serem relativamente simples na execução não são métodos ambientalmente corretos, devido a necessidade de usos de solventes orgânicos, reagentes dispersivos, surfactantes ou aditivos que por sua vez geram resíduos de difícil tratamento ao final de processo de síntese. Idealizados por Paul Anastas e John Warner na década de 1990 os doze princípios da química verde (ANASTAS, P.; WARNER, J. 1998) sugere que os processos industriais ou químicos tenham uma metodologia mais ecológica e simples, evitando a utilização de produtos tóxicos nocivos ao meio ambiente. Desta forma o presente trabalho tem como objetivo sintetizar hematita por sistema hidrotermal assistido por micro-ondas em uma rota simples, eficiente, reprodutível e econômica partindo de um único precursor o cloreto de férrico hexahidratado, articulando a metodologia com os princípios da química verde para torna-la mais sustentável possível, além de minimizar a geração de resíduos e subprodutos.

Material e métodos

As nano partículas de Hematita (α-Fe2O3) (HENRIQUES, A. 2012) foram preparadas por síntese hidrotermal assistida por micro-ondas. O precursor utilizado na síntese foi o cloreto de férrico hexahidratado (FeCl3.6H2O) da marca Dinâmica sem qualquer purificação adicional. Em um béquer foi preparada solução de 100 ml precursor com concentração determinada através do planejamento experimental estabelecido na Tabela 1, logo em seguida, transferida para um balão volumétrico de 100 ml aferido e realizada a homogeneização da solução. Após isso, a solução foi posta no copo reacional. Com seguinte ao procedimento o copo reacional contendo a solução foi inserido na célula reacional, sendo fechada com auxílio de chaves de fenda, certificando que estava bem fechado e conduzida até o sistema de aquecimento via micro-ondas adaptado da marca Panasonic, modelo NN-ST357WRPK e com potência de 800 W. O micro-ondas foi configurado manualmente inserindo a temperatura e o tempo que foram estabelecidos no planejamento experimental. Em seguida do tempo reacional sucedido a solução é levado para uma centrífuga por 30 minutos e lavado com água destilada várias vezes para eliminar o excesso de cloreto residual, seguida de uma análise qualitativa com solução de AgNO3 0,1 mol/L. Confirmado a ausência de cloreto as amostras seguiram para secagem em estufa a 60°C por 12 horas e posterior armazenamento em eppendorf.

Resultado e discussão

A técnica de difração de raios X os quais são difratados com diversos níveis de intensidade dependendo da sua estrutura atomicamente e o cristalinidade, na forma granulométrica. Com base nisso, a Figura 1A demonstra o difratograma das amostras 1 a 7 da hematita. Obteve-se a formação de Fe2O3, foram confirmadas pela comparação com ficha cristalográfica #PDF 01-072-0469 e padrões de reflexão. Averiguamos que as amostras 1,3,4 e 7, por meio dos índices de Miller exibiram seus picos de reflexão a partir do banco de dados cristalográficos. Dentre essas as amostras 3 e 4 detêm de maiores picos e mais definidos comparados a amostra 7, monstra que nessas amostras portam maior cristalinidade. Desse modo, conseguiu verificar a ação direta do tempo, ao observar a Tabela 1 do planejamento, as amostras 3 e 4 por mais que apresentem concentrações diferentes, seus tempos são os mesmos e seus picos são ligeiramente acentuados com o tempo maior no micro-ondas. Nas Figuras 1B e 1D essas partículas possuem morfologia levemente cúbica com bordas mais arredondadas, no entanto, dentre as duas, a 1D tem formato mais cúbico, isso acontece devidos ambas deterem da mesma concentração (0.1 mol/L) e temperatura, mas o que difere é o tempo de reação de 10 minutos para amostra 3. O mesmo acontece para as partículas 1C e 1E, porém a diferença de uma e outra são bem mais perceptíveis, visto que a 1C dispõem de uma morfologia mais oval, no entanto não possui formato definido. A partícula 1E aparenta ser mais arredondado. Como que diverge as amostras 2 e 4 também é o tempo que as amostras passam no reator. Por fim, a partícula 1F é usado como representativo das amostras 5, 6 e 7 as quais são pontos centrais sua morfologia assim como as outras duas amostras (6 e 7),possuem formas esféricas.

Imagens da caracterização por DRX e MEV


A tabela contém as condições do planejamento experimento da concentração e tempo trabalhos.

Conclusões

O método hidrotermal, apresentou eficácia mesmo não usando solventes orgânicos.A variável tempo expressou-se na morfologia dos óxidos na forma cúbica e esferas,além da concentração mais baixa com menor tempo interferiu na amostra 1C. Apesar da baixa qualidade da imagem, as amostras dispuseram de bons resultados.Nas análises do DRX, com exceção da amostra 2, exibiram seus picos de reflexão a partir no banco de dados.Essa síntese manisfestou-se de forma positiva, possuindo geração irrisória de resíduos, boa eficiência econômica, energética e agregando em diversos âmbitos da química verde.

Agradecimentos

Ao meu amigo de pesquisa Paulo pela paciência e ajuda no desenvolvimento desta. Meus amigos da Ufma, pelo companheirismo e carinho. Minha mãe que sempre me deu apoio. Meu orientador Ulisses pelos ensinamentos e a FAPEMA.

Referências

ANASTAS, P. T.; WARNER, J.C. Green chemistry:theory and practice. New York; Oxford University Press; p. 132. 1998.
BAILLYA, G.;ROSSIGNOL, B. D. F. P.D.S. Shape-controlled synthesis of hematite for microwave gas sensing. Procedia Engineering, Dijon, v.120,p.764-768, 2015.
HENRIQUES, A. B. CARACTERIZAÇÃO E ESTUDO DAS PROPRIEDADES ELETROCINÉTICAS DOS MINERAIS DE FERRO: HEMATITA, GOETHITA E MAGNETITA (tese de doutorado). UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS. Belo Horizonte, p. 233. 2012
HOSSEINI-ZORI, M. et al. Effect of synthesis parameters on a hematite-silica red pigment obtained using a coprecipitation route. Dyes and pigments,Tehran,v.77, p.53-58. 2008.
OPUCHOVIC, O.; KAREIVA, A. A historical hematite pigment: Synthesis by an aqueous sol-gel method, characterization and application for the colouration of ceramics glases. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 41, p. 4504-4513. 2015.
TADIC, M. et al. Synthesis of core-shell hematite (α- Fe2O3) nanoplates: Qualitative analysis of the particle estructure and shape, high coercivity and low cytotoxicity. Applied Surface Science, v.403, p.628-634. 2017