ATIVAÇÃO ÁCIDA DO CAULIM AMAZÔNICO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Lima, E.T.L. (UFPA) ; dos Santos Júnior, F.T. (UFPA) ; Pimentel, V.R. (UFPA) ; Braga, M. (UFPA) ; Lima, R.P. (UFPA) ; da Luz, P.T.S. (UFPA) ; da Costa, C.E.F. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA) ; do Nascimento, L.A.S. (UFPA) ; da Rocha Filho, G.N. (UFPA)

Resumo

Neste trabalho sintetizou-se e caracterizaram-se catalisadores a partir do caulim amazônico. A síntese dos catalisadores foi realizada através da calcinação do caulim em duas temperaturas (850°C e 950°C) transformando-o em metacaulim. Após estas modificações na estrutura do caulim, as amostras foram acidificadas com solução de ácido nítrico 4M, produzindo dois catalisadores: MC8N4 e MC9N4. Os catalisadores e o caulim amazônico foram caracterizados pelos métodos de Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-x (EDX), acidez superficial, difração de raios-X (DRX) e adsorção-dessorção de N2. Através destas técnicas pode-se observar a formação dos catalisadores com caráter ácido, concepção que fica ainda mais evidente quando estes são comparados com o caulim padrão.

Palavras chaves

caulim; metacaulim; ativação ácida

Introdução

Grandes depósitos de caulim podem ser encontrados por todo o planeta, sendo este empregado em diversas aplicações como cobertura de papel, cerâmica e outros. As reservas de caulim de melhor qualidade são encontradas nos EUA e no Brasil, sendo que das reservas brasileiras, quase 97% encontram-se na região norte do País [1]. O grupo Imerys, um dos maiores líderes do mercado de caulim, possui uma mina com décadas de reserva mineral localizada em Ipixuna, no Nordeste do Pará, que apresenta o mineral em seu estado mais puro [2]. Devido ao seu baixo custo e suas características tecnológicas, o caulim é uma importante matéria prima para inúmeras aplicações, como por exemplo, no ramo da catálise, que visa à modificação de suas propriedades através de tratamentos químicos, tornando-o então, adequado à catálise, sendo que a ativação ácida tem sido bastante utilizada para alterar suas propriedades. O uso desta argila com caráter ácido pode ser utilizado, por exemplo, em reações de esterificação ou qualquer outra reação que necessite de um catalisador ácido [3,4]. O caulim é constituído por um alto teor de alumínio octaédrico, propiciando a caulinita uma resistência ao ataque ácido, sendo necessária, portanto, uma calcinação deste material a temperaturas elevadas (550-950°C), para ocasionar uma transformação dos AlO6 em unidades tetra e pentacoordenadas, que são mais suscetíveis ao ataque ácido, transformando, desta forma, o caulim em metacaulim. Com a formação do metacaulim a realização do tratamento ácido torna-se mais eficiente [3,5,6]. Em sumo, o presente trabalho tem como objetivo realizar modificações nas propriedades do caulim, através de um tratamento térmico primeiramente, e na sequência, ativação do metacaulim com ácido nítrico, atribuindo, assim, caráter ácido ao caulim.

Material e métodos

Os produtos químicos usados neste trabalho foram o ácido nítrico (grau sintético) e o ácido acético (grau sintético). O caulim usado foi fornecido pela empresa Imerys S/A. A preparação dos catalisadores teve como base o método descrito por Nascimento et al. (2011)[7]. O caulim foi calcinado nas temperaturas de 850°C e 950°C, resultando em duas amostras de metacaulim que foram nomeadas como MC8 e MC9, respectivamente. Em seguida, estes materiais foram ativados a 90°C por 1 h com uma solução de ácido nítrico 4M. Após a ativação, o produto foi filtrado, lavado com água destilada, seco a 120°C por 12 h e calcinado a 400°C por 2 h. As amostras obtidas de metacaulim ativado foram denominadas de MC8N4 e MC9N4. Os catalisadores e o caulim foram caracterizados pelos métodos de Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-x (EDX), acidez superficial, difração de raios-X (DRX) e adsorção-dessorção de N2. A análise de composição química foi realizada por EDX usando um Espectrômetro Shimadzu Ray EDX-700. A perda ao fogo das amostras foi determinada por calcinação a 1000°C. Os difratogramas de raios-X foram obtidos usando um difratômetro PANalytical X’PERT PRO MPD (PW 3040/60) através do método pó, em um intervalo de 2Ɵ de 10° a 70°, utilizando radiação CuKα. As isotermas de adsorção-dessorção de N2 foram obtidas à temperatura de nitrogênio líquido usando um equipamento da marca Micromeritics modelo TriStar II. Antes de cada medida, as amostras foram degaseificadas a 130°C por 2 h. A área superficial foi determinada pelo método Brunauer-Emmett-Teller (BET), e o volume de poros e a distribuição de diâmetro de poros obtidos pelo método Barrett-Joyner-Halenda (BJH). A análise de acidez superficial foi realizada com base no método descrito por Moraes et al. (2011)[8].

Resultado e discussão

A composição química do caulim e dos catalisadores, juntamente com a acidez superficial das amostras são apresentados na figura 1. Nesta também é exibida os difratogramas referente ao caulim padrão e dos catalisadores. Através dos dados da obtidos por EDX pode-se observar uma diminuição da quantidade de Al2O3 nos catalisadores em relação ao caulim padrão. Este fato pode ser explicado devido a desaluminação dos materiais que ocorre durante a ativação ácida, aumentando consequentemente, a quantidade de SiO2 nos catalisadores. Ainda na figura 1 observam-se os valores da acidez superficial para os catalisadores, podendo então confirmar o caráter ácido dos mesmos. O DRX referente ao caulim padrão, apresentou picos característicos da caulinita nos valores de 2Ɵ de 12° e 24°. A análise de DRX indicou o total rompimento da estrutura cristalina para as amostras MC8N4 e MC9N4 quando comparado com o caulim padrão, rompimento este que pose ser explicado pela perda de água estrutural após a etapa de calcinação, substituindo o pico referente à caulinita por uma banda larga entre 20°<2Ɵ<30° que pode ser atribuído a fase de sílica amorfa. As isotermas de adsorção-dessorção de N2 do MC8N4 e MC9N4, bem como suas respectivas propriedades texturais, podem ser observadas na figura 2. De acordo com a classificação da IUPAC, as amostras apresentaram isotermas do tipo II, característico de estrutura microporosa, confirmando o arranjo desses materiais. Comparando os valores das propriedades texturais obtidas, observou-se um aumento da área superficial e volume de poros do MC8N4 e MC9N4 em relação ao caulim padrão. Esse aumento é consequência da ativação ácida, visto que, a principal consequência do tratamento ácido é o aumento da área superficial (Nascimento, et al., 2011)[7].

ESTA FIGURA CONSISTE DE UMA TABELA COM OS DADOS DA ANÁLISE QUÍMICA E DADOS DA ACIDEZ SUPERFICIAL,JUNTAMENTE COM OS DIFRATOGRAMAS DO CAULIM ACIDIFICADO


ESTA FIGURA APRESENTA AS PROPRIEDADES TEXTURAIS DAS AMOSTRAS, BEM COMO SUAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO- DESSORÇÃO.

Conclusões

De acordo com os dados obtidos pode-se observar a formação de dois catalisadores a partir do caulim, os quais foram nomeados como MC8N4 e MC9N4, o que pode ser comprovada através de suas caracterizações, especialmente através da acidez superficial onde se notou que o MC8N4 e MC9N4 apresentaram acidez superior quando estes são comparados ao caulim padrão, comprovando que a acidificação altera as propriedades do caulim amazônico, atribuindo um caráter ácido e tornando-lhe, deste modo, útil ao ramo da catálise.

Agradecimentos

CNPQ, FINEP, LABORATÓRIO DE ANÁLISE E PESQUISA DE COMBUSTÍVEIS, LABORATÓRIO DE CATÁLISE E OLEOQUÍMICA, FADESP e UFPA.

Referências

[1] PINTO, L. F. Em Barcarena, caulim tem maior acidente industrial. 2007.
[2] SANTOS, L. R.; et al. Cerâmica Industrial, v. 15, n. 5-6, 19-24, 2010.
[3] CONCEIÇÃO, L. R. V.; Obtenção e caracterização de biodiesel a partir do óleo de jupati (raphia taedigera mart.). 2010, 90f. Dissertação (Mestrado em Química) - Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Federal do Pará, Belém, 2010.
[4] OLIVERIRA, L. S. B.; CARDOSO, M. O. Rejeito de caulim na produção de mudas, uma solução para redução da poluição ambiental. Rede de tecnologia social. 2010. Disponível em: <http://www.rts.org.br/artigos/artigos_-_2009/rejeito-de-caulim-na-producao-de-mudas-uma-solucao-para-reducao-da-poluicao-ambiental>. Acesso em: 15/11/2013.
[5] SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia de Argilas. Editora Edgard Dlucher, v.1, 2° edição, 1989.
[6] ROCHA, G. G. N. Caracterização microestrutural do metacaulim de alta reatividade. 2005, 96f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materias) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2005.
[7] DO NASCIMENTTO, L. A. S.; et al. Applied Catalysis B: Environmental, v. 101, 495-503, 2011.
[8] MORAES, D. S.; et al. Applied Clay Science, v. 51, 209-213, 2011.