ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Barros de Almeida, D. (IFSUDESTEMG) ; Gonçalves da Silveira Machado, I. (IFSUDESTEMG) ; Bianco de Faria, E. (IFSUDESTEMG) ; Micaelli Carvalho Lima, S. (IFSUDESTEMG) ; Oliveira Wertz, I. (IFSUDESTEMG) ; Campos Marques, F. (UFJF) ; Alves Toledo, T. (UFU)
RESUMO
A Hidroxiapatita (HAP) é um material que possui grande importância na tecnologia de biocerâmicas, pertencente à classe dos fosfatos de cálcio, e sua relevância se deve às suas propriedades mecânicas, físicas e químicas e biocompatibilidade. Não somente importante para a área médica, a HAP também compõe estruturas para a fabricação de materiais compósitos com propriedades moduladas e materiais de mudança de fase (PCMs) com propriedades térmicas de interesse na área de construção civil. Sendo assim, este trabalho apresenta a síntese e a caracterização de hidroxiapatita dopada com cobalto - que possui propriedades como resistência à corrosão, à variação de temperatura, além de dureza acentuada.
Palavras Chaves
Hidroxiapatita dopada; compósitos; construção civil
Introdução
A atual demanda da escala de produção mundial tem voltado sua atenção à uma produção consciente. Isso consiste em buscar novos produtos que sejam sustentáveis, ou seja, que não interfiram no ambiente de forma tão agressiva (Lima, 2020), mas que atendam as questões sobre o consumo de energia e de água, bem como o reaproveitamento de recursos e materiais. É preciso que a sustentabilidade esteja presente em todos os ciclos do processo produtivo e quando pensamos na construção civil, a análise é a mesma, o que tem aumentado o número de pesquisas para encontrar soluções inovadoras na área. Assim, para a construção de novas edificações há uma busca por componentes cada vez mais leves, porém com alta capacidade térmica e eficiência energética. Para regular a flutuação da temperatura interna de edifícios tem-se incorporado materiais de mudança de fase (PCMs) em materiais cimentícios. Com as vantagens de alta densidade de armazenamento de energia, ampla faixa de seleção de temperatura de mudança de fase e fácil de controlar, os PCMs têm amplas perspectivas de aplicação no campo de controle de temperatura de edifícios, armazenamento de calor residual e utilização de energia solar (Wang et al, 2021). A hidroxiapatita (HAP) é um nanomaterial utilizado como PCMs que possui características interessantes como alta resistência térmica e mecânica, é quimicamente estável possui baixa solubilidade em água, porosidade ajustável e caráter ácido-básico (Shen et al, 2020; Wu et al, 2021). Contudo suas propriedades podem ser potencializadas com a adição de metais de transição como dopantes. Neste trabalho apresentamos a síntese e a caracterização da hidroxiapatita dopada com cobalto com potencial aplicação como material de mudança de fase em materiais cimentícios.
Material e métodos
A síntese da HAP_Co [Ca10-xCox(PO4)6 (OH)2] foi realizada por coprecipitação via úmida com o procedimento adaptado da literatura (NADIR, S. et al., 1983). A razão dos íons (Ca+Co/P) foi mantida em 1,67. Para obtenção da HAP foram utilizados 250 mL de solução 0,12 mol/L-1 de (NH4)2HPO4 (A), 250 ml de solução 0,1 mol/L-1 de Ca(NO3)2 (B) e 60 mL de solução 6,0 mol/L-1 de NaOH. Durante todo o processo o pH dos reagentes foi controlado. Em seguida, a solução (A) foi adicionada gota a gota à mistura com fluxo de 1 mL/min mantido em agitador magnético a 1050 rpm e 100°C. Em seguida, a solução passou por nova agitação durante 30 minutos, depois de acionados 60 ml de NaOH. O pH final foi igual a 11. Para a obtenção da HAP_Co foi utilizado todo o procedimento descrito anteriormente apenas substituindo a solução (B) por 250 ml de solução 0,1 mol/L-1 preparada com 90% de Ca(NO3)2 e 10% de Co(NO3)2.6H2O (C). A HAP e a HAP_Co obtidas foram filtradas, lavadas com água destilada, secas em estufa a 80°C e calcinadas a 700°C por 2 horas. As caracterizações foram realizadas nos equipamentos: difratômetro Bruker, D8 Advance, com monocromador de grafite e tubo de cobre (CuKɑ, λ= 1,546Å), com ângulo de espalhamento, entre 10 e 90º com passo angular de 0,02º e tempo de 0,5 segundos. A identificação das fases foi realizada pelo software Match!. Espectrômetro infravermelho Bruker modelo Vertex70, com módulo Hyperion acoplado, equipado com módulo de refletância total atenuada ATR, resolução de 4 cm-1 e faixa espectral entre 400 cm-1 e 4000 cm-1.
Resultado e discussão
Os difratogramas obtidos por difração de raios X em pó da HAP pura e dopada com
cobalto HAP_Co estão apresentados na Figura1. Na análise do padrão de difração
da HAP pode-se observar picos em 2θ 31,8º, 32,2º e 32,9° correspondentes a
difração dos planos cristalográficos (211), (112) e (300) da hidroxiapatita (PDF
#74-0565). Na análise do padrão de difração da HAP_Co observa-se a presença dos
mesmos picos, porém mais largos que indicam uma diminuição do tamanho dos
cristalitos (Stephens, 1999; Ergun, 2008). Isso é devido ao teor de Co
incorporado na rede cristalina da HAP, uma vez que o Co(II) possui um raio
iônico menor (0,070nm) que o Ca(II) (0,099 nm) (Stojanović et al, 2009).
Observa-se também no difratograma da HAP_Co a presença de uma fase do óxido
misto Co3O4 com picos identificados em 2θ 18,9º, 36,8º,
44,8º, 59,3º e 65,3º (JCPDS:000–042–1467).
A análise da espectroscopia de infravermelho (Figura 2) evidencia as principais
bandas de absorção da HAP_Co com a presença dos grupos fosfato e hidroxila
característicos da hidroxiapatita. São observadas no espectro as bandas
referentes aos modos vibracionais do fosfato (PO4-3) em
1086 cm-1 e 1028 cm-1 (ν P-O), 961 cm-1 (ν P-O-
P) e 562 cm-1(ν O-P-O). As bandas características de deformação do
grupo OH- da hidroxiapatita em 3570 cm-1 e 629
cm-1. E bandas em 1452 cm−1 e 1408 cm−1,
corresponde ao grupo carbonato (CO3) que foi incorporado na estrutura
da hidroxiapatita durante a síntese. Também pode-se observar em 664
cm-1 a banda de absorção do Co3O4 (Wu et al,
2019) em acordo com a difração de raios X.
Difratogramas de raios X em pó (a) hidroxiapatita \r\npura (HAP) e (b) da Hidroxiapatita dopada com \r\ncobalto (HAP_Co) calcinados a 700ºC/2h.
Espectro de infravermelho do composto HAP_Co.
Conclusões
Foi realizada a síntese da HAP_Co por um processo de síntese adaptado e a mesma apresentou características compatíveis para ser incorporada a materiais cimentícios da construção civil como um material de mudança de fase. Encontra-se em andamento a fabricação de tijolos verdes produzidos com a HAP_Co juntamente com fibra de coco e os estudos de resistência mecânica e térmica.
Agradecimentos
Ao IFSUDESTEMG-campus Juiz de Fora,Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular (NEEM) da UFJF pelas medidas de infravermelho (Prof.Dr.Luiz Fernando Cappa de Oliveira) e difração de raios X em policristal(Prof.Dr.Alexandre Cuin)
Referências
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LIMA, U. T. G. M. Uso do resíduo da fibra do coco verde na produção de tijolo ecológico. 2020. 85 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado Profissional em Gestão Ambiental, Dpp, Instituto Federal de Pernambuco, Recife, 2020.
NADIR, S. et al. Sur solutions solides entre quelques apatites phosphocalciques et vanadocalciques. Ann. Chim. Fr., 8 ,1983, 463-472.
SHEN, C .; Li, X .; YANG, G .; WANG, Y .; ZHAO, L .; Mao, Z .; WANG, B .; FENG, X .; SUI, X. Materiais de mudança de fase compostos de sal/parafina hidratados com forma estabilizada para armazenamento e gerenciamento avançado de energia térmica . Química. Eng. J. 2020, 385, 123958.
STEPHENS, PW. Modelo fenomenológico de alargamento de pico anisotrópico em difração de pó. Journal of Applied Crystallography 1999, 32, 281-289.
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