Estabilidade termal de hidróxido duplo lamelar no sistema Mg/Al/MnO4

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Nascimento, R.S. (UFOPA) ; de Sousa, D.R. (UFOPA) ; Azevedo, T.F. (UFOPA) ; Marinho, K.L.L. (UFOPA) ; Figueira, B.A.M. (UFOPA)

Resumo

Hydrotalcita representa uma importante classe de materiais com estrutura em camada e larga aplicação em áreas estratégicas como catalise, adsorção, meio ambiente, sensores, dentre outros. Neste trabalho, apresenta-se a caracterização estrutural desta fase obtida por método da precipitação com ânions permanganatos no espaço interlamelar. Os resultados de caracterização por difratometria de raios-X revelaram que o composto possui estrutura cristalina, com sistema (R3-m) ortorrômbico, parâmetros de cela unitária a = b = 3,46 Å e c = 23,14 Å, V = 185 Å3. O tamanho de cristalito obtido pela Equação de Scherrer foi de 95 nm. Apesar da desordem estrutural, o composto lamelar manteve sua sua estrutura até 300 ºC.

Palavras chaves

hidrotalcita; estabilidade térmica; ânions permanganato

Introdução

Hidróxidos duplo lamelares (HDLs) têm atraído grande interesse por suas propriedades de intercalação aniônica. Esses materiais com estrutura do tipo hidrotalcita possuem a fórmula geral [M2+1−xM3+x(OH)2]− (An−)x/n•mH2O, onde M2+ e M3+ são cátions bivalentes e divalentes coordenados em octaedros por OH- e An- é o ânion presente entre as lamelas neutralizado a carga da estrutura (Sun, Neuperger, e Dey, 2015). Os HDLs são amplamente usados em áreas estratégicas como catálise, adsorção, troca aniônica, mecanismos drug delivery,processamento de polímeros, cimento, entre outros. A decomposição termal dessas estruturas gera a formação de óxidos mistos contendo componentes metálicos dispersos em sua superfície, os quais atribuem propriedade catalíticas ao material e, quando em contato com água e CO2, podem se recristalizar (memory effect) (Marchi e Aspertega, 1998; Sato et al., 1988). O presente trabalho apresenta os resultados de caracterização termal de HDL obtido pelo método da co- precipitação no sistema Mg/Al com ânions permanganatos no seu espaço interlamelar.

Material e métodos

A rota sintética para a síntese de hidrotalcita foi pelo método da co- precipitação descrito por Teixeira et al. (2014) com pequenas modificações nas condições de síntese. Em torno de 10,5 g de Mg(NO3)2.6H2O e 7,69 g de Al(NO3)3.9H2O foram adicionados a 100 mL de agua deionizada para obtenção de uma solução que foi adicionada gota a gota a uma solução de Na2CO3 com ajuste de pH na presença de NaOH. A solução foi agitada e mantida por 48 h. O material resultante foi lavado com água deionizada, secado a temperatura ambiente por 12 h e codificado como HDL-CO3-RT. Posteriormente, uma massa de 500 mg de HDL-CO3 foi imersa em solução de 0, 6 mol.L-1 de KMnO4 por 20 h para troca aniônica dos íons carbonatos com permanganatos. O precipitado escuro foi lavado, secado e codificado como HDL-MnO4-RT. A caracterização foi feita por difração de raios-X (DRX) em difratômetro da Bruker (D2 Phaser) com um anodo de cobre (CuKα1 = 1,54 Å), monocromador e gerador de tensão e corrente ajustados para 30 KV, 15 mA, respectivamente. Para monitoramento da estabilidade térmica da amostra HDL- MnO4, em torno de 250 mg foi aquecida por 1 h a 75, 100, 150, 200, 250 e 300 ºC. O tamanho de cristalito e os parâmetros de cela unitária foram obtidos pelo método de Rietveld.

Resultado e discussão

Os padrões DRX das amostras HDL-CO3-RT e HDL-MnO4-RT são mostrados na Fig 1. Conforme observado, picos característicos da fase hidrotalcita (JCPDS 014-0191) puderam ser observados a 11,36 e 22,75 º (2 theta) que correspondem aos planos basais 003 e 006, respectivamente. O espaçamento interlamelar para a fase lamelar em HDL-CO3-RT foi de 7,73 Å, com parâmetros de cela unitária de a = b = 3,054 Å, c = 22.8 Å, V = 184,16 Å e tamanho de cristalito de 80.4 nm. Para a amostra HDL-MnO4-RT, observou-se uma discreta redução no espaçamento lamelar em torno de 7,70 Å, com variações nos parâmetros de cela unitária (a = b = 3,046 Å, c = 23.14 Å, V = 185,16 Å e tamanho de cristalito de 94.33 nm) em relação a sua fase precursora (HDL-CO3-RT). O monitoramento das transformações de fases de HDL-MnO4-RT foi obtido por DRX, assim como seus parâmetros de cela unitária (Fig 2). Os resultados revelaram que o pico em torno 11,33 º (2 theta), que corresponde ao plano basal (003) se manteve constante, com um um intenso alargamento em função do aumento de temperatura. O que sugere um aumento da desordem das folhas octaédricas da estrutura. Também foi possível observar uma manutenção do espaçamento interlamelar de 7.70 Å até 75 ºC. A partir de 100 ºC, o espaçamento diminui para 7.68 Å, em seguida de 7.64 Å (200 ºC) a 7.18 Å (250 ºC), respectivamente. A 300 ºC, foram identificados picos próximos a 13,08 e 60,8 º (2 theta), que provavelmente podem estar relacionados aos planos (003) e (110), respectivamente. A modificação dos parâmetros de cela unitária em função da temperatura também foi estudado e os valores obtidos indicaram que o parametro a = b se manteve quase inalterado com valor igual a 3,045 Å, enquanto que o parâmetro c variou de 23,32 Å (75 ºC) a 22,20 Å (250 ºC).

Fig 1: Padrão DRX das amostras HDL-CO3 e HDL-MnO4


Fig. 2: Monitoramento termal de HDL-MnO4 a 75, 100, 150, 200, 250 e 300 ºC.

Conclusões

Com base nos resultados acima descritos pode ser concluir que o HDL no sistema Mg/Al com ânions MnO4 foi obtido com sucesso, com manutenção da estrutura em camada a 300 ºC. Uma diminuição gradativa do espaçamento interlamelar até 200 ºC tambem pôde ser observada.

Agradecimentos

Os autores agradem a Capes (Bolsa de mestrado D. R.S), CNPQ (Processo 420169/2016-4) e UFOPA pelo apoio financeiro ao desenvolvimento do trabalho.

Referências

Marchi, A. J., Apesteguia, C. R. Impregnation-induced memory effect of thermally activated layered double hydroxides. Applied Clay Science, v. 13, n. 1, p. 35-48, 1998.
Sato, T. et al. Synthesis of hydrotalcite-like compounds and their physico-chemical properties. Reactivity of Solids, v. 5, n. 2-3, p. 219-228, 1988.
Sun, X., Neuperger, E., Dey, S. K. Insights into the synthesis of layered double hydroxide (LDH) nanoparticles: part 1. Optimization and controlled synthesis of chloride-intercalated LDH. Journal of colloid and interface science, v. 459, p. 264-272, 2015.
Teixeira, T. P. F. et al. Use of calcined layered double hydroxides for the removal of color and organic matter from textile effluents: Kinetic, equilibrium and recycling studies. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 31, p. 19-26, 2014.