Autores
Fernandes de Araujo, C. (UFPA) ; Kesley Cardozo Câncio, A. (UFOPA) ; de Sousa Nascimento, R. (UFPA) ; Garcia Freitas, K.H. (UFPA) ; Ferreira, R.K. (IFPA) ; Teresa Souza da Luz, P. (IFPA) ; Apolo Miranda Figueira, B. (UFOPA)
Resumo
Neste trabalho, material zeolítico do tipo F foi sintetizado utilizando como fonte
principal de silício e alumínio um rejeito de caulim da Amazônia. O material de
partida e a zeólita F foram caracterizados por difração de raios X (DRX),
fluorescência de raios X (FRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). O
processo de síntese ocorreu sob síntese hidrotermal, no qual se obteve zeólita F
bem cristalina, sem impurezas, em formato de bastões de 100 a 200 nm. Com base nos
resultados obtidos, apresenta-se uma nova estrutura de zeólita para ser
sintetizada de rejeitos de caulim da Amazônia.
Palavras chaves
Zeólita; Caulim da Amazônia; Sintetizada
Introdução
Zeólita F é uma peneira molecular com estrutura análoga ao mineral edingtonita,
mas com fórmula KAlSiO4·1.5H2O e sistema tetragonal, ao invés de
BaAl₂Si₃O₁₀·4H₂O e ortorrômbico como observado para o mineral mineral
(Baerlocher et al., 2001; Collela et al., 2005)
A estrutura da zeolita F consiste na unidade de construção secundária do tipo
4=1, sendo umas cadeias reticuladas de tetraedros T5O10 caracterizados por dois
tipos de canais, um formado por quatro átomos T e outro consistindo em oito
átomos T. Esses canais são interconectados e os cátions K+ juntamente com
moléculas de água estão localizados dentro deles (Novembre et al., 2014). O
compartilhamento dos cantos e bordas desses tetraedros formam anéis de 8 membros
que são empilhados paralelamente ao eixo c, gerando uma cadeia infinita com uma
distância de repetição de 6,6 Å, que é o parâmetro da célula c em uma estrutura
idealizada (Lee et al., 2000).
A obtenção de zeólita F em laboratório ocorre em várias formas: i) sílica amorfa
e alumina com solução alcalina de LiOH e banho hidrotermal; ii) reação
hidrotermal entre os reagentes comerciais Ga2O3 e sílica coloidal em ambiente
alcalino (NaOH) e também síntese hidrotermal (Matsumoto et al, 2006; Lee et al.,
2000). Miyaji et al., (2009) utilizaram cinzas de carvão, como matéria-prima,
para sintetizar zeólita F. Yuan et al., (2017) usaram K-feldspato, do condado de
Rongcheng na China, como material de partida para a obtenção de zeólita F. Esses
autores investigaram a concentração de KOH no meio reacional para a formação da
zeólita e investigaram sua aplicação em fertilizantes.
Material e métodos
Rota sintética: Inicialmente, uma massa de 2 g de rejeitos de caulim foi
calcinada a 700º C para obtenção de metacaulinita. Em seguida, uma massa de 1 g
de metacaulim foi tratada em solução alcalina (KOH) e com tratamento hidrotermal
em baixa temperatura por 24 h. Após o tratamento hidrotérmico o produto final
foi lavado com água destilada, secado a 70º C e codificado como Ama-Zeo-F. A
influência do tempo foi investigada e apresenta neste trabalho. Técnicas de
caracterização: A composição química dos rejeitos foi obtida em espectrômetro de
Fluorescência de raios-X Sequencial (Espectrômetro PANalytical Axios Max.), com
tubo de raios-X cerâmico e anodo de Rh. Para a determinação semi-quantitativa
dos elementos, uma pastilha fundida foi feita a partir da mistura de 1g da
amostra com 8g de tetraborato de lítio, em cadinho de Pt, que em seguida foram
fundidas em Máquina de fusão VULCAN. Para a caracterização mineral, a técnica de
difração de raios X (DRX) foi utilizada para identificação das fases minerais
dos rejeitos e produtos sintéticos. O difratômetro utilizado foi D2Phaser
(Bruker), com tubo de cobre (CuKa = 1.5406 Å) de 400 W de potência e tensão de
30 kV e 10mA. A Microscopia eletrônica de transmissão foi usada para
caracterização morfológica. Foi empregado um microscópio Morgagni 268D, operado
pelo Software: Olympus SIS, ITEM. A análise foi realizada utilizando os
parâmetros (Tensão de Acelerarão = 80 kev, vácuo: 1.5 e-3 PA, e Spot = 1.0) para
imagens de elétrons Transmitidos.
Resultado e discussão
A composição mineral dos rejeitos de caulim e os produtos de síntese são
mostrados na Fig. 1. O padrão de DRX mostrado na Fig. 1a mostrou que os rejeitos
são formados basicamente pelas fases: anatásio (PDF 01-071-1166), caulinita (PDF
00-029-1488) e muscovita (PDF 00-006-0263). Enquanto a sua composição química é
predominantemente formada por SiO2 (44,85 % em peso), que pode ser relacionada a
fase mineral pertencente ao grupo dos silicatos, como a caulinita e muscovita.
Um elevado teor de Al2O3 (36,91 % em peso) foi identificado e pode ser
correlacionado aos minerais caulinita e muscovita. E em menores teores, Fe2O3
(2,02 % em peso) e TiO2 (1,89 % em peso), cujas presenças pode ser a presença de
Fe na estrutura de caulinita e de Ti no mineral anatásio. Conforme mostrado na
Fig. 1b, as amostras relacionadas ao processo de síntese a 1, 6 e 12 horas
mostraram um padrão similar material amorfo, com discretos picos em 25,39 e
26,71º (2θ) que correspondem as fases de coríndon (PDF 01-077-2135) e quartzo
(PDF 01-083-2465). Nestes intervalos de tempo não foi formada nenhuma
fasezeolitica. Após 24 horas de banho hidrotermal, o produto obtido foi
caracterizado como zeólita F (PDF 038-0216), com picos a 12,83; 13,66; 16,88;
18,62; 25,98; 27,58; 29,44; 30,50; 32,17 e 40,27º (2θ) que correspondem aos
planos cujo planos cristalográficos (110), (002), (112), (211), (220), (203),
(222), (302), (312) e (412), respectivamente. As imagens de microscopia
eletrônica de transmissão da amostra de zeólita F (Fig. 2) descrita
anteriormente mostraram fotomicrografias semelhantes a partículas em forma de
bastões com tamanho médio variando de 100 a 200 nm de comprimento e 60 nm de
largura.
Fig. 1a - Padrões de DRX, sendo formados pelas fases de anatásio, caulinita e muscovita. Fig. 1b - Processo de Síntese das amostras.
Microscopia eletrônica de transmissão da amostra de zeólita F.
Conclusões
De acordo com os resultados obtidos, rejeitos de caulim formados pelos
argilominerais caulinita e muscovita foram transformados com sucesso em zeólita F
em apenas 24 h de tempo de síntese. Esse material zeolítico foi obtido sem
impurezas, com bom grau de cristalinidade e tamanho de partículas variando de 100
a 200 nm.
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio financeiro e técnico-científico Lamiga (UFPA),
CETENE, PPGMAT/IFPA-Belém, CNPQ e CAPES.
Referências
BAERLOCHER, Ch.; MEIER, W. M.; OLSON, D. H. Eds. Atlas of zeolite framework types. 5 ed. rev. Amsterdam: Elsevier, 2001.
COLELLA, C. Natural zeolites. Zeolites and Ordered Mesoporous Materials: Progress and Prospects. Studies in Surface Science and Catalysis, vol, 157. 2005.
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