SÍNTESE DE MATERIAIS MESOPOROSOS DO TIPO MCM – 41 E SBA – 15 EMPREGANDO DIATOMITA COMO FONTE DE SÍLICA

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Barros, R. (UFMA) ; Rojas, A. (UFMA) ; Alcantara, A. (UFMA)

Resumo

Os materiais mesoporosos apresentam uma grande variedade de aplicações, tal como grande capacidade de adsorção devido a sua elevada área superficial e presença de poros, além de ser térmica e quimicamente estáveis. Os materiais mesoporosos podem ser obtidos por síntese hidrotermal utilizando um direcionador, geralmente o trietilortosilicato (TEOS) como fonte de sílica, porém, esse reagente durante a síntese pode ter um efeito tóxico, além de aumentar os custos. Para tanto, neste trabalho foram sintetizados materiais mesoporosos empregando fontes alternativas de silício, tal como a diatomita no qual é um material originário de microrganismos conhecidos como diatomáceas que possuem até 95% de sílica na paredes celulares, eliminando assim alguns inconvenientes causados pelo TEOS.

Palavras chaves

MESOPOROSOS; DIATOMITA; BIOSILICA

Introdução

Os materiais mesoporosos apresentam uma grande variedade de aplicações nas mais diversas áreas científicas, esses materiais apresentam uma elevada área superficial devido a presença de poros, consequentemente um grande poder de adsorção, alta atividade catalítica, boa estabilidade térmica e química, característica esta proveniente da sílica, principal constituinte desses materiais. Estes tipos de materiais porosos podem ser empregados como catalisadores, adsorventes, e outros, entretanto, cada aplicação dos mesoporosos requer uma organização e uma estrutura específica dos mesmos. Neste sentido os materiais MCM-41 e SBA-15 são grandes representativos dos materiais mesoporosos por apresentar grande versatilidade de aplicações e facilidade de obtenção. O material MCM-41 apresenta como caraterística principal a organização de seus poros em uma fase hexagonal bidimensional, e sistema unidirecional de poros, apresentando área superficial acima de 700 m2/g. Por outro lado, o material SBA -15 possui uma estrutura análoga ao material MCM-41, com poros 2D hexagonal, porém neste caso, a SBA -15 , apresenta além da mesoporosidade, uma microporosidade de forma desordenada nas paredes do sólido, formando uma porosidade hierárquica, com área superficial extremadamente elevada (acima de 800 m2/g). Nesse trabalho sintetizamos os materiais mesoporosos SBA-15 e MCM-41 empregando como fonte alternativa de silício a diatomita. A diatomita é um material originário de microrganismos marinhos conhecidos como diatomáceas, que possuem até 95% de sílica nas paredes celulares. Os sólidos obtidos foram caracterizados empregando o DRX para identificar a obtenção do material desejado e a pureza, a análise por FTIR, MEV, análise textural por adsorção de N2 empregando o método BET.

Material e métodos

O material mesoporoso MCM – 41 foi sintetizado empregando o método hidrotermal, onde uma certa quantidade de biosílica (diatomita) é adicionada a uma solução aquosa de NaOH, e após 3 horas é adicionado ao sistema um surfactante como agente direcionador de estrutura, e se deixa sob agitação por 1 hora. A mistura resultante é colocada em autoclave de aço inox com revestimento interno de Teflon, aquecida em estufa a 110ºC e após 4 dias é retirado da estufa, o solido é recuperado por filtração, lavado com água deionizada. Após secagem do material, o mesmo é calcinado a uma temperatura de 500ºC por 5 horas para remoção total do surfactante do interior dos poros e o sólido obtido foi etiquetado como MCM-41D. Para a síntese do SBA -15, a biosilica é colocada em agitação com HCl. Concomitante a esta etapa, o direcionador de estrutura, Pluronic P-123, é adicionado a uma solução aquosa contendo HCl. Após 3 horas, o sistema que contem a biosílica é adicionado gota-a-gota ao sistema que possui o direcionador, onde é deixado sob agitação constante por 24 horas. A mistura resultante é colocada em autoclave de aço inox com revestimento interno de Teflon, aquecida em estufa a 110ºC por 48 horas. Passado o tempo de reação, o material é lavado e filtrado, e posteriormente calcinado a uma temperatura de 550ºC por 4 horas. O sólido obtido foi etiquetado como SBA-15DF.

Resultado e discussão

Os difratogramas de raios-X do sólido MCM-41D (figura 1) apresenta um perfil típico de um sólido mesoporoso de tipo MCM-41 preparado com TEOS, com uma estrutura hexagonal, assinalada pelas reflexões correspondentes aos planos (100), (110), (200) e (210), semelhante ao descrito na literatura pesquisada (SCHWANE et al, 2010). O espectro apresentado pelo FTIR , é também muito semelhante ao já reportado pela literatura (SCHWANE et al, 2010), com destaque a banda de absorção em 1263 cm-1, que é característica de estiramento assimétrico externo e interno dos grupos Si-O-Si, bem como a presença de uma banda em 966 cm-1 que é atribuída à vibração de alongamento superficial do grupo silanos. No cálculo da área superficial pelo método BET, utilizando a adsorção de N2, foi obtido aproximadamente 250 m²/g, e uma isoterma do tipo IV característica de sólidos mesoporosos com ciclos de adsorção de camadas. Os DRX obtidos para o sólido SBA-15 DF (figura 2) apresenta reflexões características desse material em baixos ângulos muito próximos a 2θ=0,5°, com reflexões correspondentes aos planos (100), (110), possuindo uma boa organização estrutural(MEYNEN et al.,2009). O espectro na região do infravermelho obtido para o material SBA-15DF é muito semelhante ao do MCM-41D, já que ambos possuem estrutura parecida, com bandas em 1200, 1080 e 800 sendo designadas ao estiramento Si – O – Si.

Difratograma de Raios-X MCM – 41D


Difratograma de Raios-X SBA-15DF

Conclusões

Na análise de todas as caracterizações obtidas dos sólidos sintetizados usando como fonte de sílica a diatomita, podemos concluir que foi possível obter os mesoporosos desejados, MCM-41 e o SBA -15 com reagentes alternativos e revelando que a diatomita é um fonte de biosilica a apropriada para a sínteses de materiais mesoporosos.

Agradecimentos

Referências

MEYNEN, V.; COOL, P.; VANSANT, E. F. Verified syntheses of mesoporous materials. Microporous and Mesoporous Materials, v. 125, p. 170–223, 2009.

SCHWANKE, A.J; WITTEE, C.L.; BERTELLA, F.; PERGHER, S.B.C. Síntese e caracterização de materiais mesoporosos do tipo SiMCM-41 e AlMCM-41.