Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: Al-Pilarização de argila esmectita de Montes Altos - MA, Brasil
AUTORES: Nascimento, A.S. (IFMA) ; Ferreira, M.B.P. (IFMA) ; Bertochi, M.A.Z. (UNESP) ; Figueredo, G.P. (IFMA) ; Vasconcelos, N.S.L.S. (IFMA)
RESUMO: Argilas esmectitas têm sido modificadas e aplicadas em áreas como adsorção e
catálise. Devido a isto, neste trabalho fez-se a pilarização de uma argila
esmectita maranhense com polihidrocátion de alumínio. Os sólidos, não modificado e
pilarizado, foram caracterizados por ASE por B.E.T., DRX e MEV-FEG. Os resultados
mostraram que o processo de pilarização permitiu obter um sólido com propriedades
superiores as observadas na argila natural, tendo grande potencial para aplicação
em catálise e adsorção.
PALAVRAS CHAVES: Argila; Esmectita; Pilarização
INTRODUÇÃO: As argilas, de forma geral, são materiais naturais formadas essencialmente por
argilominerais, minerais acessórios e uma quantidade de matéria orgânica (SOUZA
SANTOS, 1989). Esses argilominerais possuem tamanho menor que 2µm, são os
grandes responsáveis pela principal propriedade das argilas e podem ter
estrutura 1:1 (uma folha de tetraedro: uma folha de octaedro), 2:1 (duas folhas
de tetraedro: uma folha de octaedro) ou mistas (MOTT, 1988).
As argilas esmectitas são uma classe de argilas cristalinas, que têm como
argilomineral majoritário o montmorolinita. Esse argilomineral possui estrutura
2:1 e tem fórmula Al4Si87O20(OH)4.nH2O (n=água interlamelar), porém essa fórmula
pode variar devido as substituições isomórficas e pelas substituições dos
cátions interlamelares (trocáveis) (SOUZA SANTOS, 1989).
A substituição intencional do cátion interlamelar por outro do meio é realizado
por uma metodologia amplamente conhecida como pilarização. A pilarização de uma
argila esmectita ocorre em duas etapas, a intercalação e a pilarização. Na
intercalação com solução pilarizante ocorre a troca dos cátions presentes no
espaço interlamelar da argila por outro cátion (polihidroxicátion), originando
preliminarmente uma argila intercalada, a qual é caracterizada por uma inserção
reversível do cátion (agente pilarizante) (BERGAYA et al., 2006; VAUGHAN, 1988).
Na pilarização, a argila intercalada é submetida a uma calcinação, onde o
polihidroxicátion intercalado sofre desidratação e desidroxilização formando um
óxido com estrutura rígida designado de pilar (GUERRA, D. L. et al., 2006;
TOMLINSON, 1998). A formação do pilar aumenta o espaçamento interlamelar (d001),
aumenta a acidez de Lewis e a área superficial específica da argila (ASE), o que
potencializa aplicar em catálise e adsrorção.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a realização desse trabalho foi utilizada uma amostra de argila coletada no
município de Montes Altos – MA. Da amostra bruta (AB), trabalhou-se com sua
fração argila (FA) com capacidade de troca catiônica (CTC) de 58 meq/100g,
obtida previamente pelo método azul de metileno. Para pilarização da amostra
fez-se a solução pilarizante com NaOH e AlCl.6H2O na razão de OH/Al
igual 2,0.
Na etapa de intercalação, a suspensão de argila (1g/100mL H2O) previamente
hidratada por 24 horas foi titulada lentamente (2 mL/1min) com a solução
pilarizante até alcançar a proporção de 15 meq Al/g de argila, sob agitação por
3h (100°C/10 minutos). Após esse período, a suspensão (argila + solução
pilarizante) foi lavada por centrifugação, para eliminação dos íons cloreto
(Cl-), e seca a 60°C/12h em estufa. A negatividade da presença de
cloretos no sólido intercalado foi comprovada com teste de nitrato de prata
(AgNO3). O sólido obtido foi chamado de FAI (fração argila
intercalada). Para o processo de pilarização, a FAI foi calcinada em forno mufla
a 400°C por 2 horas, em que o sólido obtido foi denominado de FAP (fração argila
pilarizada). As amostras FA, FAI e FAP foram caracterizadas por ASE por B.E.T.,
DRX e MEV-FEG.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 mostra o difratograma da fração argila (FA) em comparação com a
fração intercalada (FAI) e a fração pilarizada (FAP). Como se pode notar, a FA
apresenta d001 de 1,52 nm (2θ=5,79). Com a etapa de intercalação o d001 da FAI
aumentou para 2,0 nm (2θ=4,41), contudo com a etapa de pilarização o d001 da FAP
diminuiu para 1,79 nm (2θ=4,92), como já era previsto devido a desidratação e
desidroxilização do íon de Keggin para formação dos pilares óxidos de alumínio
(Al2O3).
Com a análise de área superficial específica (ASE) por B.E.T. verificou-se que o
processo de pilarização da argila conferiu uma ASE de 182,1 m²/g para a FAP,
valor esse seis vezes superior ao observado na FA, que foi de 31,59 m²/g.
A Figura 2 mostra imagens de MEV-FEG da FA em comparação com a fração pilarizada
(FAP), com aumento de 20.000X. Observa-se a partir das imagens que o processo de
pilarização não modificou a morfologia da argila pilarizada, onde as mesmas
continuam apresentando perfil irregular e morfologia ondular, sugerindo também o
empilhamento dos aglomerados em camada com espessura variável e contornos
ondulados, conforme também observado na FA. Esse comportamento foi igualmente
observado por León (2002) onde o autor mostra que a processo de pilarização não
modifica a morfologia da argila.
Figura 1
DRX: FA, FAI, FAP
Figura 2
MEV-FEG: FA, FAP
CONCLUSÕES: O processo de pilarização possibilitou o aumento do espaçamento interlamelar de
1,52 nm para 2,0 nm quando intercalada com o íon de Keggin e de 1,79 nm quando
pilarizada. Como consequência do aumento deste espaçamento, verificou-se também um
aumento na área superficial específica de 31,56 m²/g para 180,10 m²/s. Além disso,
constatou-se que o processo de pilarização não modificou a morfologia da argila de
estudo. Dessa forma, conclui-se que o material obtido apresenta grande potencial
para sua aplicação em adsorção e catálise.
AGRADECIMENTOS: A Dra. Maria Aparecida Zaghete Bertochi, ao Dr. Márcio Almeida, ao LIEC/UNESP-
Araraquara, UFsCar e ao IFMA.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas, 2 ed, vol.I, São Paulo: Ed. Edgard Blücher Ltda, 1989.
MOTT, C. J. B. Clay minerals - an introduction. Catalysis Today, v. 2, p. 199-208, 1988.
BERGAYA, F.; AOUAD, A.; MANDALIA, T. Pillared Clays and Clay Minerals. Developments in Clay Science. 1. ed. Amsterdam: Elsevier, v. 1p. 393-421, 2006.
GUERRA, D. L.; LEMOS, V. P.; AIROLDI, C. Influência da razão Al/argila no processo de pilarização de esmectita Influence of the Al/clay ratio on the pillaring process of smectite. Cerâmica, v. 52, p. 200-206, 2006.
TOMLINSON, A. A. G. Characterization of Pillared Layered Structures. Journal of Porous Materials, v. 274, n. 5, p. 259-274, 1998.
VAUGHAN, D. E. W. Pillared Clays - A historical perspective. Catalysis Today, v. 2, p. 187-198, 1988.