ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: OBTENÇÃO DE ÓXIDOS ÁCIDOS BINÁRIOS DO TIPO Al-Nb PARA FINS CATALÍTICOS
AUTORES: Souza F. de, M. (UFPA) ; Salviano P.p., E. (UFPA) ; Monteiro R., W. (UFPA)
RESUMO: Nas pesquisas da área de biocombustíveis tornam-se cada vez mais necessário o
uso de catalisadores ácidos, devendo-se estudá-los melhor para atender os
requisitos de reações como a obtenção do biodiesel e reações de transformação do
glicerol. Neste trabalho foram estudadas formulações para um catalisador ácido
por meio da mistura física de uma alumina com o óxido de nióbio. Os materiais
foram caracterizados por difratometria de raios-x, DRX, volumetria de N2, para a
determinação da área específica e volume de poros, e por titração por pulsos de
NH3, para a avaliação da acidez superficial. Observou-se que a proporção Nb-Al é
o fator determinante da acidez final.
PALAVRAS CHAVES: catalisadores; sólidos ácidos; nióbio
INTRODUÇÃO: A bauxita é o 3º minério mais presente na crosta terrestre, este é o minério de
alumínio mais importante por conter grande porcentagem de Al2O3. As maiores
reservas de bauxita estão localizadas na região amazônica. É possível obter o
Al2O3 puro através da dissolução do minério em solução de NaOH. As aluminas de
transição são obtidas a partir da desidratação do hidróxido de alumínio
(HANUSKOVÁ M,)
As aluminas de transição concentram propriedades de interesse industrial, elas
podem ser utilizadas em vários setores, algumas dessas propriedades são as suas
boas estabilidades térmicas, resistência a ambientes ácidos e alcalinos, e à
oxidação, ótima propriedade dielétrica, dureza próximo ao diamante, elevada área
superficial interna nas formas micro e nano porosa (FREITAS et all,).
O Nb2O5 é um sólido insolúvel, de cor branca, estável ao ar e podendo ser muitas
vezes descrito como anfótero; sendo mais caracterizado como inerte. Sua
estrutura é extremamente complicada e apresenta um amplo polimorfismo. Na forma
de metal puro, o Nb é mole e dúctil, tendo como estrutura a Cúbica de Corpo
Centrada que permite um fácil deslizamento das suas camadas (PAIVA et all, 2006-
).
Atualmente, os catalisadores têm uma grande importância econômica nos processos
industriais, estimando-se que 90% de todos os produtos químicos produzidos
envolvam a utilização de um catalisador em algum dos seus estágios de produção.
O desenvolvimento de novos catalisadores tem permitido que as reações sejam não
só mais rápidas, mas também limpas e menos consumidoras de energia, o que torna
os processos mais ecológicos e econômicos.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram realizadas misturas físicas dos óxidos de Nb e Al, seguindo o padrão de 5g
por amostra, sendo as porcentagens estabelecidas da seguinte maneira:
100%Al2O3/0% Nb2O5, 75% Al2O3/25% Nb2O5, 50% Al2O3/50% Nb2O5, 25% Al2O3/75%
Nb2O5, 0% Al2O3/100% Nb2O5.
Foram empregadas análises de volumetria de nitrogênio para avaliar a área
específica, segundo o método BET, e o volume de poros segundo o método BJH.
Submetidas às etapas de adsorção/dessorção de N2 a –196ºC, mas foram previamente
tratadas in situ sob aquecimento e vácuo a 200ºC, por 2h. As medidas foram
realizadas em um equipamento da marca Micromeritics, modelo TriStar II. Fora
realizadas também análises de difratometria de raios-x, em um difratômetro
modelo X´Pert Pro MPD (PW 3040/60) PANalytical, com tubo de raios-X cerâmico de
anodo de Cu (Kα1= 1,540598 Å) modelo PW3373/00, foco fino longo, filtro Kβ de
Ni, detector X’Celerator RTMS (Real Time Multiple Scanning) no modo scanning e
com active length 2,122º. Foram usadas as seguintes condições instrumentais.
Programa de rotina: varredura 5° a 75° 2θ, 40 kV, 30 mA, passo 0,02° em 2θ e
tempo/passo de 10 s, fenda automática e anti-espalhamento 4°, máscara 10 mm,
movimento da amostra spinning, com 1 rps. Foram realizadas análises de adsorção
por pulsos de amônia em um equipamento da marca Quantachrome, modelo ChemBET-
3000, equipado com um detector de condutividade térmica (DCT). O material foi
disposto em um reator de quartzo em forma de U, no interior de um forno
microprocessado. As amostras foram previamente submetidas à secagem, sob fluxo
de He a 200ºC por 2,0 h. Após o tratamento térmico, as amostras foram submetidas
aos pulsos de amônia (50 microlitros) ate que a área dos picos permanecessem
constantes.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O resultado das áreas especifica e volume de poros está apresentado na tabela a
seguir.
Amostra Área especifica Volume de poros
Al2O3 100% 173 m²/g 0.219 cm³/g
Al2O3 75% 165 m²/g 0.216 cm³/g
Al2O3 50% 112 m²/g 0.160 cm³/g
Al2O3 25% 82 m²/g 0.126 cm³/g
Nb2O5 100% 82 m²/g 0.147 cm³/g
Com a adição do óxido de nióbio na alumina ocorre a diminuição do volume de
poros e nota-se que as áreas especificas também é diminuída com o aumento do
teor de nióbio.
A diminuição da área específica é conseqüência da diminuição da disponibilidade
de microporos, além do volume de poros que foi reduzido devido o aumento do teor
do Nb, é possível que a falta de alumina esteja ocasionando a falta de poros na
faixa considerada, diminuindo o valor do volume de poros.
Na caracterização por adsorção por pulsos de NH3, os procedimentos foram
realizados em triplicata, sendo que a Figura 1 apresenta a média de micromoles
por grama auferidos em cada amostra.
Os DRX (Figura 2) indicam que no catalisador que contem 100% de Al2O3 consiste
de uma mistura composta de uma gama alumina (Al2O3) e uma pseudoboemita
(Al(OH)3) caracterizando-se assim como um alumina de transição. O Joint
Committee on Powder Diffraction Standards – JCPDS identifica na amostra de 100%
Al, a gama alumina como na ficha CAS29-0063 e a pseudoboemita na ficha CAS 03-
065.
Observa-se a partir dos difratogramas de raiox-x que quanto menor o teor de
alumina, o pico de difração em 65º (referente a gama alumina) vai diminuindo.
Observa-se também que a amostra do Nb2O5 100% apresenta picos de difração
referentes a um óxido hidróxido de nióbio e ao Nb2O5 pouco cristalino (CAS 31-
0928 e CAS 30-0873).
Micromoles de amônia por grama de catalisador
Difratogramas de raios-x
CONCLUSÕES: Foi possível aferir que para reações em que haja a necessidade de se empregar um
catalisador com uma acidez elevada, o catalisador mais adequado seria aquele que
apresenta maior quantidade de nióbio em relação à alumina, segundo as formulações
empregadas neste trabalho. De maneira análoga podemos inferir que para reações que
necessitem de catalisadores menos ácidos podemos escolher, dentro das formulações
empregadas, o catalisador que apresenta maior quantidade de alumina, e para
reações que necessitem de acidez intermediária é possível ajustar o binário entre
Al-Nb.
AGRADECIMENTOS: Ao Dr. José Augusto Jorge Rodrigues do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
INPE, pela doação do óxido de nióbio.
À CAPES - Pela bolsa de IC.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1. HANUSKOVÁ M., Matérias primas para uso cerâmico (Coríndon – Alumina). Departamento de Engenharia dos materiais e meio ambiente. Universidade de Modena e Reggio Emilia – Modena – Italia. Publicado no mês de maio/junho nº64; pág: 24.
2. FREITAS, M. C. F.; MOHALLEM D. S. T.; MOHALLEN D. S. N.; Estudo e otimização de processos laboratoriais de síntese de alumina nanoparticulada e aplicação em escala industrial. Laboratório de materiais nanoestruturados, Departamento de química – ICEx/UFMG, S/D. (2005)
3. PAIVA, J. B Jr; MONTEIRO, W. R.; ZACHARIAS, M. A.; RODRIGUES, J. A. J.; CORTEZ, G. G.; Influência da adição de MoO3 sobre catalisadores VOX/Nb2O5: caracterização das propriedades ácidas mediante a reação de decomposição do isoproponol e DTP-NH3. Laboratório de Catálise II, Departamento de Engenharia Química, Escola de Engenharia de Lorena, USP. (2006)
