ÁREA: Materiais

TÍTULO: SINTESE DE SILICA MESOPOROSA SBA-16, DE ALTA AREA SUPERFICIAL E COM ALTO RENDIMENTO PARA ADSORÇÃO DE METAIS.

AUTORES: Felix, J.E.M. (UFC) ; Brito, L.S.O. (UECE) ; Santos, G.C. (UECE) ; Vasconcellos, L.C.G. (UFC)

RESUMO: Este trabalho consiste em sintetizar a sílica mesoporosa SBA-16, visando um alto rendimento a partir do tetraetoxisilano como fonte de sílica e também visa aumentar a área superficial deste material, para torná-lo mais eficiente na adsorção de metais em solução. A síntese do SBA-16 foi feito a temperatura ambiente, sobe agitação, com o uso do surfactante F-127 (com 3 contra-ions NaCl, KCl e Pirazinamida adicionados a soluções distintas) e em meio ácido. O material sintetizado apresentou capacidade de adsorção de diversos metais, principalmente Fe2+ e Pb2+.

PALAVRAS CHAVES: Síntese de sílica; alto rendimento; adsorção de metais

INTRODUÇÃO: A sílica é um polímero inorgânico, de fórmula mínima SiO2, com os que se organiza em lamelas (camadas) ou tubos, possuidora de poros já na sua composição cristalina natural, sendo o silício podendo apresentar simetria Td, C3v, D2d ou C2. Muitos estudos são feitos, atualmente, para a formação de estruturas porosas cada vez mais ordenadas dos tamanhos mais variados (MEYNEN, 2009). Essas simetrias variadas tornam o material eficiênte em adsorção pois têm várias possibilidades de estruturas (grupos pontuais) que podem se ligar a ele quimicamente. Tendo como objetivo desse trabalho sintetizar uma silica SBA-16 com uma alta area superficial para aumentar sua capacidade de adsorção, tendo como teste de eficiência a adição dessa silica em uma solução (0,01M) do 1º e do 3º grupo de cátions da analitíca, por possuir metais mais comumente encontrados em efluentes poluidos. Para se obter a sílica mesoporosa SBA - 16 é necessário sintetizá-la a partir de uma fonte de silício com o uso de surfactantes que são Agentes Direcionadores de Estrutura (ADE). O controle da temperatura e da concentração do surfactante são os fatores predominantes para a estruturação da sílica, diagramas de fases mostram que é possível aumentar o rendimento da síntese e sua área superficial obtendo uma estrutura com características híbridas (WANKA, 1994). Foi o usado o método de FROBA (2006), porém feito à temperatura ambiente, como BALLEM (2010), para se produzir a sílica mesoporosa e posteriormente adicioná-la a amostra de metais do 1º e do 3º grupo de cátions da química analítica e averiguar sua eficiência na remoção dos metais de soluções.

MATERIAL E MÉTODOS: Para a síntese da sílica mesoporosa, foi usado 2,44g de TEOS (0,012 mols de tetraetoxisilano) como fonte de sílica e 5,43g de octano (0,047 mol) para que sua micela aumente o tamanho do poro do material interagindo com o centro apolar do surfactante (SUN, 2005). Em outro recipiente acrescentou-se 1,15g do surfactante Fluronic F-127 (9x10-5 mols do polímero tri-bloco EO106PO70EO106 de massa molar 13.400 g/mol), em 40mL de ácido clorídrico 2M e foi acrescentado 0,02 g de um sal ou um composto orgânico (3 foram usados: NaCl, 3,85x10-4 mols; KCl, 2,68x10-4 mols; e Pirazinamida, 1,62x10-4 mols; nomeados B1, B2 e B3, que interagiria com as cabeças polares do polímero e com o TEOS hidrolisado pelo ácido, para facilitar a condensação), deixando sobe agitação por 3 horas. Mistura-se as soluções dos recipientes e deixa-se sobre agitação por 24 horas a temperatura ambiente. Filtra-se o material com 80 mL de etanol, para retirada do surfactante, da água e do sal ou compostos orgânico, (secagem a 100ºC por 48 horas retira resquícios do surfactante e da água). Calcina-se a 550ºC na mufla por 5 horas, para se retirar os remanescentes do surfactante e se obter a sílica mesoporosa. Esse material foi sua caracterização. Para o preparo da solução de metais foi feito uma amostra do 1º e do 3º grupo de cátions, da química analítica qualitativa, de concentração conhecida de metais (1º: Ag+, Pb2+, Hg22+; 3º: Al3+, Cr2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Co2+ e Ni2+; todos os metais na concentração de 0,01M) foi proposto por esses grupos contêm a maior parte dos metais contaminantes encontrados nos efluentes. Preparou-se uma solução de 100 mL contendo os dois grupos de cátions na proporção de 1:1 e as alíquotas para analises foi retiradas após um 1 dia para que se pudessem alcançar o equilíbrio na solução.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os materiais B1, B2 e B3 se referem aos que foram usados NaCl, KCl e Pirazinamida, respectivamente. A formação dos grupos silanóis e silanóxidos (álcoois e éteres de sílicio), que são um indicativo da formação do polímero inorgânico da sílica, podem ser observados no espectro de infravermelho (IV) (Figura 1). Observou-se uma banda na região de 3300 cm-1 (estiramento axial da ligação O-H) provavelmente do oxigênio ligado ao silício e alargamento da banda por interações de ligação de hidrogênio com a água absorvida da umidade do ar, na região de 1400 cm-1 (deformação angular da ligação O-H), na região de 1200-1000 cm-1 (estiramento axial da ligação Si-O-Si), que são indicativos da presença de silanóis e silanóxidos. As analises de isotermas de adsorção demonstram terem se formado matérias com poros de diferentes diâmetros (Figura 1). A difração de raios-x em baixo ângulo mostra a distância entre repetições estruturais do composto. No caso da sílica porosa essa difração indica as distâncias entre os poros, o tamanho desses poros e a formação de poros ordenados, como mostra a Lei de Bragg (n = 2dsen; sendo n e  relacionado a fonte de raios-X, sen ao ângulo de incidência e d é a distância entre os retículos). A ordenação da sílica é vista entre os ângulos de incidência 0º a 8º graus dos raios-X e apresenta padrões já elucidados (MEYNEN, 2009). Os materias sintetizados apresentam características de SBA-16 e MCM-41 (Figura 1). Na adsorção de metais o material, em comparação a outros métodos, demonstrou retirar uma grande variedades de metais da solução, sendo mais eficiente na retirada de Fe2+ e Pb2+ (Tabela 1)

Figura 1

Infravermlho, isotermas e raios-X das amostra B1, B2 e B3, respectivamente

Tabela 1

Teste de eficiência da Silica (MS), em comparação a outros métodos, para adsorção de metais (M), de acordo com a CONAMA-450.

CONCLUSÕES: Dos 3 métodos de síntese da sílica todos tiverem um rendimento superior a 65%, sendo que o uso de KCl gerou um material mais ordenado do que as sínteses em que foram usados NaCl e Pirazinamida. Os 3 materiais sintetizados mostram eficiência na remoção de metais de uma solução aquosa e podem ser empregados como tratamento final de efluentes para águas com fins de uso potável, já que a sílica é insolúvel e inerte em organismos vivos.

AGRADECIMENTOS: Ao meu orientador pelo apoio e auxílio de sempre.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BALLEM, M. A.; CÓRDOBA, J. M.; ODÉN, M. Influence of synthesis temperature on morphology of SBA-16 mesoporous materials with a three-dimensional pore system. Microporous and Mesoporous Materials, v. 129, p. 106-111, 2010.
FROBA, M. et al. Silica-Based Mesoporous Organic–Inorganic Hybrid Materials. ANGEW. CHEM. INT. ED., v. 45, p. 3216 – 3251, 2006.
MEYNEN, V.; COOL, P.; VANSANT, E.F.; Verified syntheses of mesoporous materials, Microporous and Mesoporous Materials, v 125, p. 170–223, 2009.
WANKA, G., HOFFMANN, H., ULBRICHT, W.; Phase Diagrams and Aggregation Behavior ofPoly (ox yethy1ene)-Poly (oxypropylene) -Poly( oxyet hylene)
Triblock Copolymers in Aqueous Solutions; Macromolecules, v 27, p 4145-4159, 1994.