Estudo da formação de morfologias esféricas em materiais mesoporosos do tipo SBA-15

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Araújo, L.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Pergher, S.B.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Schwanke, A.J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE)

Resumo

Materiais mesoporosos do tipo SBA-15 foram sintetizados com o co-surfactante (CTABr) analisando-se a influência da sua quantidade no meio reacional para a formação de esferas como morfologia dos materiais. As SBA-15 sintetizadas foram caracterizadas por difração de raio-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Através dos resultados obtidos comprovou-se que utilizando-se 0,2 g e 0,4 g de CTABr obtém-se a morfologia mais próxima do esperado.

Palavras chaves

SBA-15; Mesoporos; Morfologia

Introdução

A SBA-15 é um material mesoporoso que possui estrutura hexagonal bem ordenada. Para a sua síntese utiliza-se copolímero tribloco P123 anfifílico como agente direcionador de estrutura em meio ácido (ZHAO et al, 1998; ZHAO et al, 1998). Além da presença de mesoporos com arranjo hexagonal, existe a presença de microporos interconectados às paredes de sílica, os quais podem variar de 0.5 a 3 nm dependendo das condições de síntese. Em relação a outros materiais mesoporos como MCM-41, MCM-48 e HMS, a SBA-15 possui maior estabilidade hidrotermal devido as suas paredes de sílica mais espessas com tamanhos de 3-6 nm (MEYNEN, COOL e VANSANT, 2009). Dentre os parâmetros de síntese geralmente estudados, o controle da morfologia dos materiais é de suma importância quando se visa uma possível aplicação onde se necessita de homogeneidade de forma. Trabalhos reportados relatam as várias morfologias que podem ser obtidas, tais como: esferas, esferas ocas, fibras, roscas, discóides, giróides, etc (TROFIMOVA et al, 2011; TENG et al, 2013; ZHAO et al, 2000). Por exemplo, a morfologia em bastão apresentada por alguns materiais mesoporosos, incluindo a SBA-15, constitui boa morfologia para aplicação, entretanto, seu uso é limitado por processos de difusão intrapartícula (VALLET-REGÍ, BALAS e ARCOS, 2007). Para reduzir de alguma forma problemas relacionados à difusão, tem sido muito utilizado morfologias regulares. Esferas com dimensões micrométricas já estão sendo aplicadas em processos de separação, liberação controlada de medicamentos, etc (MA et al, 2003; CHOI et al, 2014). O presente trabalho objetiva a síntese e a caracterização de SBA-15 investigando o impacto da quantidade de co-surfactante no meio reacional e a sua influência na formação de esferas como morfologia final do material.

Material e métodos

Na síntese dos materiais foram utilizados 4,0 g de copolímero tribloco P123 (Aldrich), 0,2 g de Brometo de Hexadeciltrimetilamônio CTABr (Sigma Aldrich) como co-surfactante, 90 g de HCl (2 mol.L-1), 30 g de água destilada e 11,6 g de TEOS (Sigma Aldrich) baseado em procedimentos reportados na literatura (ZHAO et al, 2000). Quantidades variáveis de co-surfactante foram utilizados na síntese mantendo-se as mesmas quantidades dos demais reagentes. As massas de CTABr utilizadas foram: 0,4 g, 0,6 g, 0,8 e 1 g, além é claro de 0,2 g como mencionado anteriormente. Foram adicionados em um béquer o P123 juntamente com os 90 g de HCl e 30 g de água destilada. O conteúdo ficou em agitação (500 rpm) sob temperatura de 40 °C até que o polímero fosse completamente dissolvido. Em seguida, foi adicionado ao conjunto anterior, a fonte de sílica, ou seja, os 11,6 g de TEOS. Após a adição do TEOS o gel ficou por 20 h sob agitação (500 rpm) à temperatura de 40 °C. Após 20 h, o gel foi transferido para uma autoclave de teflon e aquecido até 100 0C em banho termostatizado por 24 h. Os sólidos obtidos foram filtrados e secos em estufa e posteriormente calcinados a 540 °C por 6h.

Resultado e discussão

A fig.1 apresenta os difratogramas de raios-X para as amostras não calcinadas e calcinadas (indicada pelo sufixo C). As amostras que apresentaram os picos característicos que podem ser indexados como 100, 110 e 200 foram os materiais sintetizados com 0,2 g e 0,4 g de CTABr o que indica simetria hexagonal em 2D (ZHAO et al, 1998). Com o aumento da quantidade de co-surfactante a intensidade da reflexão d100 tende a aumentar consideravelmente como reportado por Zhao et al, entretanto, para as amostras com maiores quantidades de CTABr as demais reflexões (d110 e d200) não apareceram, indicando que a quantidade de surfactante influencia na estrutura do material, desogarnizando-os. As distâncias interplanares para as amostras sSBA-15-02 e sSBA-15-04 não calcinadas e calcinadas foram d100 = 103,36 Å, 100,16 Å, 100,16 Å e 93,48 Å, respectivamente. As amostras calcinadas apresentaram deslocamento do pico correspondente à reflexão d100 para ângulos de 2θ maiores, devido à contração da estrutura causada pela condensação dos grupos silanóis. As imagens de MEV na fig. 2 apresentam as morfologias das amostras sintetizadas com quantidades variáveis de CTABr (co-surfactante). Apenas a sSBA-15-02 e sSBA-14-04 apresentaram partículas com morfologia esférica, entretanto, tais esferas não foram homogêneas em toda a amostra, provavelmente houve polimerização antes da formação de tais estruturas. Quando a quantidade de co-surfactante foi superior a 0,4 g, partículas muito grandes podem ser observadas, logo, nenhum material de formato esférico foi constatado para as amostras sSBA-15-06, sSBA-15-08 e sSBA-15-1.

Padrões de difração de raio-X para as amostras não e calcinadas


Microscopias eletrônicas de varredura para (a) sSBA-15-02, (b) sSBA-15-04, (c) sSBA-15-06, (d) sSBA-15-08 e (e) sSBA-15-1

Conclusões

Conseguiu-se através do uso do surfactante catiônico CTAB alterar a estrutura comum da SBA-15, entretanto, a formação de partículas esféricas e homogêneas não foi alcançado da forma almejada. Alguns parâmetros ainda faltam ser estudados e aplicados no presente trabalho visando à obtenção e o controle do tamanho e da morfologia destes materiais bem como a viabilidade de aplicação do mesmo.

Agradecimentos

Referências

CHOI, S. R.; JANG, D.; KIM, S.; AN, S.; LEE, J.; OH, E.; KIM, J. Polymer – coated spherical mesoporous sílica for pH – controlled delivery of insulin. J. Mater. Chem. B. v. 2, p. 616 – 619, 2014.
MA, Y.; QI, L.; MA, J.; WU, Y.; LIU, O.; CHENG, H. Large-pore mesoporous sílica spheres: synthesis and application in HPLC. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. v. 229, p. 1 – 8, 2003.
MEYNEN, V.; COOL, P.; VANSANT, E. F.; Verified syntheses of mesoporous materials. Micropor. Mesopor. Mater., v. 125, p. 170-223, 2009.
TENG, Z.; SU, X.; ZHENG, Y.; SUN, J.; CHEN, G.; TIAN, C.; WANG, J.; LI, H.; ZHAO, Y.; LU, G. Mesoporous Silica Hollow Spheres with Ordered Radial Mesochannels by a Spontaneous Self-Transformation Approach. Chem. Mater., v. 25, p. 98-105, 2013.
TROFIMOVA, E. Y.; KURDYUKOV, D. A.; KUKUSHKINA, Y. A.; YAGOVKINA, M. A.; GOLUBEV, V. G. Synthesis of Monodispersed Mesoporous Spheres of Submicron Size Amorphous Silica. Glass Physics and Chemistry, v. 37, n. 4, p. 378-384, 2011.
VALLET-REGÍ, M.; BALAS, F.; ARCOS, D. Mesoporous Materials for Drug Delivery. Angew. Chem. Int., v. 46, p. 7548 – 7558, 2007.
ZHAO, D.; FENG, J.; HUO, Q.; MELOSH, N.; FREDRICKSON, G. H.; CHMELKA, B. F.; STUCKY, G. D. Triblock Copolymer Syntheses of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores. Science, v. 279, n.5350, p. 548-552, 1998.
ZHAO, D.; HUO, Q.; FENG, J.; CHMELKA, B. F.; STUCKY, G. D. Nonionic Triblock and Star Diblock Copolymer and Oligomeric Surfactant Syntheses of Highly Ordered, Hydrothermally Stable, Mesoporous Silica Structures. J. Am. Chem. Soc., v. 120, n. 6024, p. 275-279, 1998.
ZHAO, D.; SUN, J.; LI, Q.; STUCKY, G.D. Morphological Control of Highly Oedered Mesoporous Silica SBA-15. Chem. Mater., v. 12, p. 275-279, 2000.