ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ADSORÇÃO DE CO2 EM PENEIRAS MOLECULARES DO TIPO NH4-FAU, NH4-BEA E NH4-MTW.
AUTORES: MACHADO, S. W. M. (DQI/UFS) ; GALLO, T. O. (DQI/UFS) ; PEDROSA, A. M. G. (DQI/UFS) ; SOUZA, M. J. B. (DEQ/UFS)
RESUMO: Em busca de novas tecnologias para mitigação dos problemas causados pela emissão do dióxido de carbono, destaca-se o processo de adsorção com uso de materiais zeolíticos. Neste trabalho, peneiras moleculares zeolíticas com estruturas FAU, BEA e MTW foram sintetizadas através do método hidrotérmico, seguida de calcinação e de troca iônica para obtenção dos materiais zeolíticos na forma amoniacal. Todas as amostras foram caracterizadas por difratometria de raios-X. Os ensaios de adsorção foram realizados através do método gravimétrico sob fluxo de CO2 puro a temperatura ambiente. As capacidades de adsorção dos materiais variaram na ordem de: NH4-MTW < NH4-BEA < NH4-FAU. A zeólita NH4-FAU mostrou a mais alta capacidade de adsorção de CO2 com o valor de 50,4 mg/g sendo um material promissor.
PALAVRAS CHAVES: zeólitas, adsorção, dióxido de carbono.
INTRODUÇÃO: Tentativas de controlar as emissões de poluentes vêm sendo almejadas por vários países e pesquisadores, que buscam reduzir a produção dos agentes geradores do efeito estufa. O dióxido de carbono liberado pelas indústrias que compõem os mais diversos setores destaca-se como um dos principais causadores de problemas ambientais (NORDELL, 2007; DUTTA, RADNER, 2009). Assim, na busca pelo desenvolvimento sustentável, um dos desafios atuais é promover a mitigação dos impactos ambientais relacionados à produção de dióxido de carbono, e à utilização de energia limpa, tornando-se assim parte integrante do desafio da sustentabilidade ambiental (RONG, LAHDELMA, 2007). Diversas tecnologias estão sendo estudadas para a separação desse gás decorrente de fontes poluentes, dentre elas destaca-se a adsorção. Este processo possui aplicabilidade bastante eficiente desde que o adsorvente mostre alta capacidade de adsorção, alta seletividade, boas propriedades mecânicas e facilidade de regeneração. Dentro deste escopo as zeólitas possuem propriedades químicas e físicas que contribuem no âmbito das tecnologias limpas, devendo-se ao fato desses materiais serem sólidos com alta área superficial interna, acessíveis pelos seus poros e cavidades. Neste trabalho, as peneiras moleculares zeolíticas do tipo FAU, BEA e MTW foram obtidas pelo método hidrotérmico, submetidas a processos de calcinação e troca iônica, as quais foram designadas NH4-FAU, NH4-BEA e NH4-MTW, caracterizadas por difratometria de raios-X, e avaliadas suas capacidades de adsorção de CO2 (qCO2) através do método gravimétrico.
MATERIAL E MÉTODOS: As peneiras moleculares zeolíticas FAU, BEA e MTW foram sintetizadas através do método hidrotérmico padrão, utilizando-se condições apropriadas para formação de cada estrutura (CAMBLOR et al., 1998). Após a síntese, os materiais foram calcinados a 450ºC por 4 horas, para a remoção do direcionador orgânico e submetidos a um processo de troca iônica, onde os cátions sódio (Na+) compensando as cargas da estrutura são substituídos pelos os íons amônio (NH4+) provenientes de uma solução aquosa de cloreto de amônio. Os ensaios de troca iônica foram realizados a temperatura de 70°C por 2 h. Após três trocas sucessivas, filtração e lavagem, as amostras foram secas em estufa a 100 ºC por 2 h. Os materiais obtidos foram nomeados por NH4-FAU, NH4-BEA e NH4-MTW. Os difratogramas das amostras foram obtidos por difratometria de raios-X (DRX) em 2theta de 5 a 55º. As capacidades de adsorção de CO2 (qCO2) foram obtidas utilizando o método gravimétrico com testes realizados em bancada, a temperatura ambiente e pressão atmosférica. Para cada ensaio foi utilizado 1 g das zeólitas NH4-FAU, NH4-BEA e NH4-MTW previamente secas em estufa a 120 ºC por 4 h. A capacidade de adsorção de cada material foi calculada com base na diferença de massa do leito antes e depois da exposição ao fluxo de CO2 puro por 1 hora.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 mostra os padrões de difração de raios-X das amostras das zeólitas NH4-FAU, NH4-BEA, NH4-MTW. Comparando-se todas as reflexões do difratograma da zeólita NH4-FAU, observa-se que a amostra é formada por um material com estrutura do tipo faujasita com alto grau de pureza. Este difratograma apresenta uma intensa reflexão a 2theta = 6,39º relativo ao plano (111) da faujasita. Outros picos referentes a esta estrutura também foram identificados na amostra em estudo (PEDROSA et al., 2006). O difratograma de raios-X da zeólita NH4-BEA evidencia os picos em 2theta = 7,8° e na faixa de 20-30º, contendo um pico em aproximadamente 21°, que são relativos à fase da zeólita do tipo BEA. No difratograma de raios-X da zeólita NH4-MTW pode-se observar que as amostras são formadas por um material com estrutura do tipo MTW e duas reflexões são observadas a 2theta = 7,52º e 2theta = 8,95º (MORAES et al., 2010). A Figura 2 mostra a capacidade de adsorção de CO2 dos materiais zeolíticos. A zeólita NH4-FAU apresentou uma capacidade de adsorção de CO2 de 50,4 mg/g, um valor relativamente maior quando comparadas as zeólitas NH4-BEA e NH4-MTW, as quais obtiveram os valores de 29,8 mg/g e 28,9 mg/g, respectivamente. Uma explicação para isso se deve ao fato dos poros internos de cada adsorvente apresentarem os diâmetros de 0,74 nm para a NH4-FAU, 0,68 x 0,73 nm para NH4-BEA, e 0,57 x 0,61 nm para a NH4-MTW, o que demonstra que zeólita do tipo FAU, apresenta um maior sistema de poros quando comparada com as demais zeólitas estudadas. Assim as zeólitas se sobressaem por possuírem propriedades particulares como: a seletividade geométrica; elevada capacidade de adsorção à condições normais de temperatura e pressão; e cavidades compatíveis as moléculas de matérias-primas usadas na indústria.
CONCLUSÕES: De acordo com difratogramas de raios-X, as zeólitas com estrutura FAU, BEA e MTW foram obtidas após procedimentos de síntese. Procedimentos de troca iônica e calcinação não ocasionaram mudanças na estrutura zeolítica. Os resultados dos testes de adsorção de CO2 mostraram resultados satisfatórios, já que os adsorventes utilizados não passaram por nenhum tratamento para aumento do seu potencial de captura. A zeólita NH4-FAU mostrou uma maior capacidade de adsorção de CO2 com o calor 50,4 mg/g. Isto se deve ao seu maior sistema de poros quando comparada com com as zeólitas NH4-BEA e NH4-MTW.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio concedido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CAMBLOR, M. A.; CORMA, A.; VALENCIA, S. 1998. Characterization of nanocrystalline zeolite Beta. Microporous and Mesoporous Materials 25: 59-74.
DUTTA, P. K.; RADNER, R. 2009. A strategic analysis of global warming: Theory and some numbers. Journal of Economic Behavior & Organization 71: 187–209.
MOARES, M. R. F. S.; JESUS, D. B.; SANTOS, C. D.; MACHADO, S. W. M.; PEDROSA, A. M. G.; SOUZA, M. J. B. 2010. Síntese e caracterização de catalisadores zeolíticos do tipo ZSM-12 utilizando diferentes fontes de alumínio. Scientia Plena 6 (127202).
NORDELL, B. 2007. Thermal pollution causes global warming. Global and Planetary Change 38: 305–312.
PEDROSA, A. M. G.; SOUZA, M. J. B.; MELO, D. M. A.; ARAUJO, A. S. 2006. Cobalt and nickel supported on HY zeolite: Synthesis, characterization and catalytic properties. Materials Research Bulletin 41: 1105–1111
RONG, A.; LAHDELMA, R. 2007. CO2 emissions trading planning in combined heat and power production via multi-period stochastic optimization. European Journal of Operational Research 176: 1874–1895.
