Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE GADOLÍNIO, PLATINA, COBRE, FERRO E GÁLIO EM CATALISADORES POR ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIO X DE REFLEXÃO TOTAL (TXRF)
AUTORES: Oliva, S. (UFBA) ; Silva, C. (UFBA) ; Costa, L. (UFBA) ; Olivia, S. (UFBA) ; Cerqueira, C. (UFBA) ; Portela, M. (UFBA) ; Tavares, T. (UFBA) ; Rangel, M. (UFBA)
RESUMO: Catalisadores são utilizados em diversos processos industriais e suas propriedades
físico-químicas assim como o desempenho são alterados com a adição de promotores
metálicos à sua estrutura e, portanto, faz-se necessário a determinação do teor
dos metais presentes nos catalisadores. Neste trabalho, foram preparados
catalisadores a base de óxidos de ferro contendo gadolínio, baseados em materiais
mesoporosos do tipo MCM-41 contendo ferro e/ou gálio e a base de carbono
mesoporoso contendo cobre e/ou platina e caracterizados por análise multielementar
utilizando Espectrometria de Fluorescência de Raio X. Os resultados apresentaram
baixo desvio padrão relativo e o procedimento mostrou ser uma alternativa simples,
rápida e direta para determinação de metais Fe, Gd, Cu, Ga e Pt em catalisadores.
PALAVRAS CHAVES: Metais; Análise Multielementar; Fluorescência de Raio X
INTRODUÇÃO: Catalisadores são substâncias utilizadas em vários processos industriais com a
finalidade de diminuir a energia de ativação de uma dada reação e
consequentemente aumentar a velocidade de reação, propiciando uma maior
eficiência nos processos. Os catalisadores, também apresentam importância no
controle da poluição atmosférica, a partir da sua implantação nos sistemas de
exaustão dos carros, promovendo uma melhora significativa na qualidade do ar em
centros urbanos. Os catalisadores podem ser obtidos utilizando-se os métodos de
reação no estado sólido de mistura de pós, fusão/recristalização, e síntese
química (precipitação), bem como outros métodos mais sofisticados: reações em
fase gasosa, “freeze drying”, reações em fase líquida não aquosa entre outros. A
presença de metais na estrutura do catalisador determina algumas propriedades
físico-químicas essenciais para a sua eficácia tais como: aumento da área
superficial especifica, resistência térmica e mecânica, acidez e basicidade etc.
Em outros casos a incorporação de novos metais originados do processo pode
promover a sua desativação (envenenamento). Nesse sentido, a determinação desses
metais é muito importante tanto no estudo da rota sintética quanto dos processos
de envenenamento. Várias metodologias analíticas tem sido utilizadas para esse
fim tais como: espectroscopia de absorção atômica com forno de grafite (GF-AAS),
de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), de massa com
plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Estas técnicas, em geral, são
trabalhosas e de alto custo. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo
analisar o teor de metais em catalisadores por espectrometria de fluorescência
de raios X de reflexão total (TXRF), uma técnica simples e multielementar.
MATERIAL E MÉTODOS: O estudo consistiu na análise de três séries de catalisados. A primeira série
consiste em catalisadores baseados em oxido de ferro contendo gadolínio que
foram preparados por co-precipitação através da mistura simultânea de soluções
de nitrato de ferro, nitrato de gadolínio e hidróxido de amônio (SILVA, 2013).
Sólidos com razões molares Gd/Fe iguais a 0,05; 0,10 e 0,15 foram obtidos, além
do óxido de ferro puro. Na segunda série baseada em suportes de MCM-41
impregnados com ferro e/ou gálio o suporte MCM-41 foi preparado utilizando o
método hidrotérmico (LENSVELD, 2001). Após a calcinação do sólido, foram
incorporados os metais ferro e gálio empregando o método de impregnação úmida, a
partir de soluções de nitrato férrico e nitrato de gálio III. A última série foi
baseada em carbonos mesoporosos preparados pela técnica de modelagem empregando
inorgânicos tais como, a sílica mesoporosa SBA-15 como molde e aplicando a
sacarose como precursor de carbono (FUERTES, 2003) em que foram desenvolvidos
suportes de carbono mesoporoso impregnados com cobre e/ou platina. Para a
abertura das amostras das duas primeiras séries amostra foi utilizada a digestão
em uma mistura 1:1 de ácido nítrico e clorídrico concentrados e a última série
foi aberta utilizando o procedimento de fusão. Após a abertura, as soluções
foram diluídas, acrescentando-se 100μL de padrão interno (Ga ou Se a 1000 ppbv)
a depender da presença desses metais na amostra. Cerca de 10 μL da mistura foram
aplicados em um disco de quartzo, seco sob vácuo e analisados no Espectrômetro
de Fluorescência de raios X – S2 PICOFOX (Bruker).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Tabela 1 mostra os resultados das análises químicas dos catalisadores em
estudo. Os catalisadores a base de gadolínio e ferro (série 1) apresentaram
valores experimentais próximos aos valores nominais, indicando que as condições
experimentais utilizadas foram apropriadas para precipitação dos compostos de
ferro e gadolínio. Nos catalisadores baseados em ferro e/ou gálio sobre o
suporte MCM-41 (série 2) observou-se que as amostras apresentaram teores de
ferro e/ou gálio próximas aos nominais, indicando que o método experimental
utilizado conduziu a incorporação do metal no suporte, de forma eficiente. Na
série 3 os catalisadores contendo cobre apresentaram valores experimentais que
diferem de forma expressiva dos teóricos, chegando a aproximadamente 50% de
perda do metal para as amostras com menor concentração de cobre. Esse fato pode
ser atribuído às perdas durante o tratamento térmico, com o aumento do teor essa
perda foi menor. Para os catalisadores contendo platina os valores encontrados
foram bem próximos do valor teórico e os valores estão em conformidade com a
análise de espectroscopia de raio X de energia dispersiva (EDS), confirmando
que o método de impregnação via úmida foi eficiente.
CONCLUSÕES: A Espectrometria de Fluorescência de Raios X de reflexão total mostrou ser um
método eficaz na determinação de metais em diferentes tipos de catalisadores além
apresentar diversas vantagens em relação aos métodos convencionais (GF-AAS, ICP-
OES e ICP-MS): menor tempo de análise, não necessita calibração externa, pouca
manipulação da amostra, equipamento de fácil uso e portátil e principalmente baixo
custo (não necessita de qualquer tipo de gás e sua manutenção é barata por não
conter muitas partes móveis).
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a FAPESB, CAPES e CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: FUERTES, A. B., NEVSKAIA, D. M., (2003) Control of mesoporous structure of carbons synthesised using a mesostructured silica as template, Microporous and Mesoporous Materials,62, 177-190.
LENSVELD, D. J.; MESU, J. G.; DILLEN, A. J.; JONG, K. (2001) Synthesis and characterization of MCM-41 supported nickel oxide catalysts. Microporous and Mesoporous Materials, v. 44-45, p. 401-407.
SILVA C.L.S., MARCHETTI S.G., JUNIOR A.D.C.F., SILVA T.D.F., ASSAF J.M., RANGEL M.C. (2013) Effect of gadolinium on the catalytic properties of iron oxides for WGSR Catalysis Today, 213, 127-134.