Autores
Envall, M.G. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Ribeiro, J.O. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Rosseto, R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)
Resumo
A queima de combustíveis fósseis gera poluentes como os gases de combustão. Os
gases SOx são um dos principais causadores da chuva ácida. Técnicas de remoção
destes gases que não dependam de etapas de absorção por via úmida trazem
vantagens. Os hidróxidos duplos lamelares (HDL) são nano-materiais com alta
porosidade e área superficial, logo, são potenciais adsorventes. Para a geração
dos gases utilizou-se um sistema de decomposição térmica de sais. A avaliação da
interação dos HDL com os gases, foi analisada por espectroscopia no infravermelho
antes e após os ensaios, foi observado a formação de uma banda de absorção por
volta de 916cm-1 após o ensaio com gás SOx para ambos os materiais.
Palavras chaves
adsorção; gases de combustão; nano-material
Introdução
A energia gerada para uso industrial vem em sua maioria, da combustão de
combustíveis fósseis (ALBARELI; SANTOS; SILVA, 2007). A queima de combustíveis
derivados do petróleo acarreta na liberação de gases de combustão em níveis que
podem causar um desequilíbrio no ecossistema, por exceder a capacidade de
suporte ambiental (CRISÓSTOMO et al., 2019). Dentre os principais gases de
combustão, podem ser citados o CO2, CO, H2S, SOx e NOx como subprodutos capazes
de gerar impactos ambientais (TÔRRES; ALVES, 2017).
Os gases de combustão SOx vêm ganhando atenção pois quando liberados em
quantidades significativas, trazem impactos ambientais como chuvas ácidas,
fumaças fotoquímicas, impactos na camada de ozônio e alteração no pH de
ecossistemas (LIU et al., 2019 apud NAVALE et al., 2015; SONG et al., 2016).
Apesar de não terem um papel tão aparente no efeito estufa como os óxidos de
carbono, os óxidos de enxofre livres na atmosfera são absorvidos pela chuva,
gerando ácido sulfúrico. Como consequência da presença destes ácidos, ocorre a
formação de chuvas ácidas, causando um desequilíbrio ambiental por alterar o pH
de diversos ecossistemas (ATILHAN et al., 2019; LIU et al., 2019). Visto os
impactos causados por tais gases, se faz necessário o desenvolvimento de métodos
capazes de mitigar esses impactos.
Em sua maioria, as remoções de SOx baseiam-se em processos de absorção em
lavadores de gás com posterior redução seletiva catalítica (SUN, ZWOLIŃSKA,
CHMIELEWSKI, 2015). Porém estes processos dependem de energia e manutenção
constante para evitar corrosão, e podem acarretar na poluição de águas, geração
de resíduos úmidos. Desta forma, metodologias que visam a remoção de gases de
combustão de maneiras escalonáveis e que não dependam de uma fase de absorção
úmida são grande interesse tecnológico (PINHASI, ZIDKL e COHEN, 2019).
Entre os métodos que estão sendo estudadas para a remoção de gases SOx do meio
ambiente ou a mitigação de suas emissões atmosféricas, a adsorção em nano-
materiais é uma técnica em potencial por não depender necessariamente de etapas
de via úmida, são eficazes e possuem custo reduzido quando comparado a métodos
que dependam de operações unitárias adicionais (LI et al., 2020). Atualmente
diversos nano-materiais vem sendo estudados, tais como as zeólitas (PEDROLO,
2017), materiais mesoporosos (OLIVEIRA et al., 2015), carvão ativado (SHAO et
al., 2018) e Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) (SAY et al., 2017).
Os HDL, também conhecidos como materiais do tipo hidrotalcita, podem ser
descritos estruturalmente pela coordenação octaédrica de hidroxilas em cátions
metálicos, compartilhando arestas de forma a gerar uma estrutura lamelar. Os
cátions metálicos divalentes e trivalentes utilizados (MII e MIII) geram uma
carga positiva na lamela, buscando então formas aniônicas para intercalar em seu
domínio interlamelar. Devido ao tipo de estrutura dos HDL diversas combinações
de cátions e aníons podem ser utilizados em sua síntese, além das várias
combinações, esses compostos podem ainda ser modificados devido a alterações nos
parâmetros de síntese ou da dopagem com outros materiais, que podem aprimorar
suas características e aplicações e/ou atribuir novas (MISHRA et al., 2018), os
HDL vêm sendo estudados como candidatos em potencial para a adsorção de gases
SOx (IVONE, 2009).
Esses materiais possuem características como alta estabilidade térmica,
porosidade, área superficial e capacidade de troca aniônica. Tais
características conferem a esses materiais uma gama de aplicações, podendo ser
utilizados como adsorventes, catalisadores e sensores. Dentre as aplicações
mencionadas pode-se destacar a capacidade de
adsorção seletiva de contaminantes e a potencial capacidade de dessorção dos
mesmos com aumento da temperatura ou ensaios de troca aniônica (XU; WEI, 2018).
Desta forma, o presente trabalho busca a avaliação comparativa de possíveis
interações que indiquem adsorção dos gases SOx nos HDL derivados de Zn/Al e
Zn/Fe utilizando espectroscopia no infravermelho médio.
Material e métodos
Os hidróxidos duplos lamelares foram sintetizados de forma similar aos métodos
descritos na literatura, através do método de coprecipitação a pH variável
(KHAN, O’HARE, 2009; LEMES, 2018), nas proporções molares de 4:1 tanto para o
HDL-Zn/Al como para o HDL-Zn/Fe.
Para a síntese do HDL-Zn/Al, foram dissolvidos 0,070 mol de
Zn(NO3)2.6H¬2O e 0,0175 mol de Al(NO3).9H2O em 100 mL de água deionizada
(solução A). Em seguida, dissolveu-se 0,128mol de NaOH juntamente com 0,0674 mol
de Na2CO3 em 100 mL de água (solução B).
Posteriormente, adicionou-se lentamente, a temperatura ambiente e
agitação magnética a solução B na solução A até que a mistura reacional
atingisse pH 10. A suspensão alcalina formada foi mantida sobre aquecimento de
85 ºC por 18h, lavada e centrifugada até pH 6, filtrada e seca a 80 ºC por 24h.
A síntese do HDL-Zn/Fe foi efetuada de maneira análoga a do HDL-Zn/Al,
porém utilizando 0,040 mol de ZnCl2, e 0,010 mol de FeCl3.6H2O para a solução A,
e 0,165 mol de NaOH e 0,0884 mol de Na2CO3 para a solução B.
Os materiais obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de
varredura (MEV), espesctroscopia no infravermelho por transformada de Fourier
(FTIR) e difração de raios X (DRX).
O gás SOx foi gerado a partir da decomposição térmica do sal metabissulfito de
sódio. O sistema de adsorção utilizado consiste no aquecimento dos sais a cerca
de 250 ºC em um balão (utilizando um banho de areia) que conta com uma saída
semelhante a um condensador, por onde o gás gerado passa até entrar em contato
com o HDL. Para os ensaios de adsorção, utilizou-se 0,50 g de metabissulfito de
sódio, com 0,20 g de HDL pulverizado.
Como forma de avaliar a interação dos gases com os HDLs, comparou-se os
espectros de infravermelho obtidos antes e após os ensaios de adsorção. Para a
partilha, utilizou-se KBr de grau espectroscópico como matriz, e os dados
obtidos foram plotados utilizando o software Origin.
Resultado e discussão
ENSAIOS DE ADSORÇÃO DOS GASES SOx
Após o ensaio de adsorção do gás SOx, foi possível observar visualmente
uma fuligem amarelada nas paredes superiores do balão, possivelmente devido a
formação de gás SOx proveniente da decomposição térmica do metabissulfito de
sódio. Não foi possível observar visualmente alteração de cor nos HDL-Zn/Al e
HDL-Zn/Fe após os ensaios.
Análises por FTIR do HDL-Zn/Al antes e após os ensaios de adsorção dos
gases SOx
Os espectros vibracionais na região do IV do HDL-Zn/Al antes e após os
ensaios foram focalizados na região de interesse a ser discutida, e estão
representados na figura 1.
Observa-se uma banda na região de 1916 cm-1 presente no espectro do HDL-
Zn/Al após o ensaio de remoção do gás SOx. Bandas nessa região podem estar
relacionadas a ligações S=O (SAVAGE, 2007), o que indica a possível presença de
óxidos de enxofre no material, que pode ter ocorrido devido a adsorção na
superfície do HDL-Zn/Al, ou na intercalação deste gás ao domínio interlamelar
durante o ensaio de adsorção, uma vez que o espectro do HDL-Zn/Al antes do
ensaio não contém banda de absorção correspondente a esse comprimento de onda.
Análises por FTIR do HDL-Zn/Fe antes e após os ensaios de adsorção dos gases
SOx.
Os espectros vibracionais na região do IV do HDL-Zn/Fe antes e após os ensaios
foram focalizados na região de interesse a ser discutida, e estão representados
nas figuras 2.
Assim como observado nos espectros do HDL-Zn/Al, após o ensaio com SOx é
possível identificar a formação de uma banda em 916 cm-1 relativamente intensa
quando comparada as outras bandas em seu próprio espectro, o que fortalece a
possibilidade de o HDL ser um material adsorvente em potencial para a remoção de
SOx. A banda formada no espectro do HDL-Zn/Fe aparenta ser relativamente mais
intensa que a observada no Zn/Al, quando comparadas com seus próprios espectros,
fato este que pode indicar uma maior interação entre o gás SOx e o HDL-Zn/Fe.
espectros vibracionais na região do IV antes e após os ensaios de adsorção com gás SOx
Conclusões
O sistema de adsorção proposto neste trabalho foi eficaz para a avaliação
comparativa de possíveis interações que indiquem adsorção dos gases SOx com os
HDL¬-Zn/Al e HDL¬-Zn/Fe, pois foi possível observar a formação visual do gás e a
formação da banda em 916 cm-1 nos espectros vibracionais na região do IV, indícios
de interações que podem estar relacionadas a adsorção de SOx.
A partir dos resultados obtidos, este estudo abre perspectivas de trabalhos
visando a avaliação da adsorção de outros gases de combustão em HDL, e a avaliação
quantitativa da capacidade adsortiva de SOx em hidróxidos duplos lamelares.
Agradecimentos
Agradeço a Deus, por tudo. A UEG, pela oportunidade de aprendizado. Pelo vínculo
ao PBIT/UEG. Ao Prof. Dr. Renato Rosseto, pela contínua orientação. E pela minha
família, pelo apoio.
Referências
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