Caracterização estrutural de argilas modificadas com polihidróxidos de Al e Fe em diferentes condições

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Físico-Química

Autores

Abra, L.M. (UNESP/IBILCE) ; Fertonani, I.A.P. (UNESP/IBILCE) ; Guizellini, F.C. (IQAR) ; Fertonani, F.L. (UNESP/IBILCE) ; Ribeiro, W.S.C. (UNESP/IBILCE) ; Silva, M.A. (UNESP/IBILCE) ; Franzin, B.T. (IQAR)

Resumo

No presente trabalho foram realizadas modificações na argila bentonita sódica (NaBent), obtendo-se materiais híbridos Al2O3/Fe2O3-Bentonita (Al/Fe-Bent). Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios-X e espectrofotometria no infravermelho (FTIR), sendo aplicados em ensaios de adsorção frente ao corante catiônico azul de metileno em suspensão aquosa. Os procedimentos de caracterização adotados comprovaram a modificação da argila, que se mostrou eficiente, aumentando significativamente a área superficial e o espaçamento basal. A argila modificada teve sua capacidade de adsorção reduzida em cerca de 2,8 vezes, mas a capacidade de fotodegradação na presença da mesma teve remoções próximas, indicando que a Al/Fe-Bent responde com outros mecanismos à incidência de radiação UV.

Palavras chaves

bentonita; modificação; caracterização

Introdução

Argilas são minerais de ocorrência natural no solo, constituídas por aluminossilicatos organizados em camadas, que contem em sua composição, além dos elementos Si, Al e O, outros em menores proporções, como o Fe, Mg e Ca. A bentonita, utilizada nesse estudo apresenta fórmula geral (OH)4Si8(Al3,34Mg0,66)O20 e possuem propriedades adsorventes devido principalmente à sua expansibilidade, grande área de superfície e presença de cargas negativas. Como adsorventes, as argilas apresentam a vantagem de ser abundante na natureza, apresentarem compatibilidade ambiental, baixa toxicidade e baixo custo. Além disso, as propriedades de algumas argilas permitem sua modificação estrutural, por meio da intercalação ou pilarização de espécies diversas, fazem das mesmas um excelente suporte de espécies químicas melhorando sua capacidade adsortiva, além de conferir propriedades catalíticas ao material. A modificação química das argilas permite a otimização de suas propriedades físico-químicas, atribuindo características aos materiais para que sejam usados em diversos tipos de aplicações tecnológicas. (LUNA et al, p. 105,1998; GOMES, 1988) Dentro deste contexto, o presente trabalho busca estudar as características estruturais da argila bentonita modificada com polihidróxidos de alumínio (III) e ferro (III), e avaliar as propriedades adsortivas e fotocatalíticas frente ao corante catiônico azul de metileno.

Material e métodos

A bentonita comercial foi tratada com NaCl para obtenção da argila homoiônica de sódio. Quantidades distintas desta argila foram modificadas com polihidroxicátions de Al/Fe (CERVANTES et al, p. 2423-2428, 2009) na razão molar de OH- : Al(III) : Fe(III) iguais a 67 : 32 : 1, em duas diferentes concentrações da solução pilarizante. Posteriormente, a Na-Bentonita (Na-Bent) e os materiais resultantes (Al/Fe- Bent) foram submetidos a diferentes métodos de secagem. Em um dos processos, a suspensão foi centrifugada e o material sólido liofilizado. No outro, as suspensões foram centrifugadas e o sólido resultante seco em estufa a 70°C. Após a secagem, os sólidos obtidos foram calcinados em mufla a 450°C por 2 horas. Os materiais foram caracterizados, no estado sólido, por difratometria de raios-X e espectrofotometria na região do infravermelho (FTIR). Em suspensão aquosa foram realizados estudos da capacidade adsortiva do corante azul de metileno.

Resultado e discussão

Os resultados de caracterização dos materiais obtidos da bentonita comercial mostraram que os métodos de modificação não alteraram significativamente o espaçamento interlamelar (d001) das argilas que se manteve em torno de 9,80 Å. Em outros trabalhos realizados pelo grupo (MAGRI et al, p. 38-40, 2015), utilizando-se bentonita da marca Sigma-Aldrich, obteve-se espaçamentos lamelares de até 21,34 Å modificando-as com Al e Fe, utilizando estufa como método de secagem. A difratometria de raios-X evidenciou alteração do material em função do método de preparo e secagem. As argilas modificadas com polihidróxicátions de Al e Fe em solução concentrada apresentaram maior formação de α-Al2O3 em relação aquela preparada em solução diluída. Quanto ao processo de secagem, os materiais liofilizados apresentaram menor pico de α-Al2O3 em relação aos secos em estufa (Figura 1). No estudo temporal do corante azul de metileno (Figura 2) na presença da argila Na-Bent antes da calcinação, observou-se alta concentração de agregados do corante com absorbância em 570 nm e baixa concentração de espécies monoméricas em 680 nm, apresentando assim, uma suspensão mais estável atribuída à carga dos agregados de corante formados na superfície da argila. Após a calcinação, observou-se uma maior concentração das espécies monoméricas em relação aos agregados. Já nas argilas modificadas, tem-se a predominância da espécie monomérica pelo aumento da área disponível para adsorção das moléculas de corante.

Raios-X argila: a) liofilizada (BPCL1); b) liofilizada concentrada (BPCL2); c) estufa e calcinada (BPSEC1); d) estufa e calcinada concentrada (BPSEC2)


Estudo temporal do corante azul de metileno em suspensão de argila.

Conclusões

A partir dos estudos realizados, pode-se perceber que as formas de secagem da argila comercial pouco afetaram sua estrutura, sendo que a liofilização não interferiu na formação dos pilares, e, sim, as diferentes concentrações de NaOH. As argilas Sigma-Aldrich apresentaram espaçamentos interlamelares menores quando liofilizadas. Isso deve-se, provavelmente, a desestruturação do íon de Keggin ([AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+) devido à expansão das águas de sua estrutura durante a etapa de congelamento.

Agradecimentos

Ao MEC-SESu pela bolsa; Ao laboratório de fotoquímica pela parceria; Ao IBILCE/UNESP pela colaboração.

Referências

CERVANTES, T. N. M.; ZAIA, D. A. M.; SANTANA, H. de. Estudo da fotocatálise heterogênea sobre Ti/TiO2 na descoloração de corantes sintéticos. Química Nova, v. 32, n. 9, p. 2423–2428, 2009.
GOMES, C.F. Argilas: o que são e para que servem. Lisboa, Fundação CalousteGulbenkian, 457p. 1988.
LUNA, F. J.; SCHUCHARDT, U. argilas pilarizadas: uma introdução. Química Nova, p. 104-109, 1998.
MAGRI, V. R. et al. Adsorção-fotodegradação do herbicida paraquate em água pela argila Na-Bentonita e por novos materiais TiO2-Bentonita, TiO2/ZnO-Bentonita, Al/Fe-Bentonita e Al/Fe.Cu-Bentonita. UNESP campus de São José do Rio Preto, 2015.