Caracterização espectroscópica de Na-chabazita obtida de rejeitos de caulim da Amazônia.

Autores

Rodrigues, B.S. (UFPA) ; Botelho, E.V.D. (UFPA) ; Moraes Silva, L.B. (UFPA) ; Nascimento, R.S. (UFOPA) ; Araujo, C.F. (UFPA) ; Lima, G.A. (UFOPA) ; Figueira A. M., B. (UFOPA) ; Almeida, A.L. (UFOPA)

Resumo

Na-chabazita foi sintetizada com sucesso a partir de rejeitos de caulim da Amazonia, utilizando-se como rota sintética, a fusão alcalina acompanhada de tratamento hidrotermal. A caracterização mineral da sua estrutura foi feita por difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de infravermelho (IV) e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicaram uma completa e fácil transformação dos rejeitos no material zeolítico aqui proposto.

Palavras chaves

Amazônia; Rejeitos; Na-chabazita

Introdução

A zeólita chabazita pertence à família de zeólitas do tipo CHA, família quase única entre as zeólitas com uma ampla variedade de composição (LOBO, 2003). Ela é um mineral tectossilicato, cristaliza no sistema de cristal triclínico (SERVATAN et al., 2020), é composta por razões baixas de Si/Al, possui canais largos interconectados, tridimensionais, formada por anéis de 8 membros (SANTOS, 2018), seus poros são pequenos e peculiares com tamanho aproximado de 4Å, que lhe conferem excelente capacidade de troca catiônica (Du et al., 2016). Esta fase zeolítica ocorre em ambientes naturais e pode ser também sintetizada em laboratório, uma vez possui estruturas interessantes para o setor industrial (SANTOS, 2018) pois seu arranjo com abertura única permite que grandes moléculas e íons se alojem em seu interior, funcionando como uma peneira química que permite a passagem de alguns íons enquanto outros ela bloqueia (VAKHARKAR, 2005). As zeólitas CHA são utilizadas em diversas aplicações, tais como: na remoção de gases (DU et al., 2016), e contaminantes da água, remoção de íons radioativos de usinas nucleares, como armazenadora e fornecedora de calor advindo de energia solar (LUZ, 1995). No presente trabalho, propõe-se os rejeitos de caulim da Amazônia como material de partida de baixo custo para síntese por fusão alcalina e tratamento hidrotermal de Na-chabazita.

Material e métodos

a) Rota de síntese: a obtenção de Na- chabazita foi feita como se segue: rejeito de caulim, hidróxido de sódio e silicato de sódio foram pulverizados, colocados em cadinhos e aquecidos 4 h à 300º C. Depois de fundido o material foi misturado a 25ml de água deionizada e agitado a 50ºC por 15 minutos para homogeneização. Para cristalização da Na-chabazita, elevou-se a temperatura de banho hidrotermal acima de 90º C por 24 horas. Ao final, o produto foi lavado com água deionizada, secado a 70ºC e codificado como Gi-zeo- CHA. b) Caracterização: a caracterização inicial por difratometria de raios-X foi feita em difratometro de raios-X D2 phaser (Bruker), equipado com tubo de cobre (CuKa = 1.5406 Å), utilizando-se geometria de Bragg-Brentano no modo contínuo e com sistema de detecção usando um detector rápido modelo LynxEye. A tensão foi de 30 kV e 10mA, respectivamente. O espectro de IV-FTIR foi registrado através de pastilhas prensadas a vácuo contendo 0,200 g de KBr e 0,0013 g de amostra pulverizada. O espectrofotômetro empregado utilizado foi da Bruker, modelo Vertex 70. A morfologia de Na-chabazita foi analisada por microscopia eletrônica de varredura através da sua metalização com ouro. O microscópio utilizado foi da da marca LEO-Zeiss, 430 Vp, em condições de análise utilizando imagens secundárias obtidas a 20 KV, com distância de trabalho de 11 mm.

Resultado e discussão

Uma caracterização químico-mineral dos rejeitos (RCJar) foi realizada por FRX e DRX. Sua composição química é formada por elevados teores de SiO2 (44,5 % em peso) e Al2O3 (36,91 % em peso), enquanto a mineral é basicamente formada por caulinita, quartzo, muscovita e anatásio (Fig. 1). Em relação ao produto sintetizado, verifica-se a presença de picos característicos de chabazita em 9, 20 e 30º (2 theta), que correspondem aos planos (101), (211) e (401) desta fase (PDF 019-1178). Para complementar a caracterização de Gi-zeo-Cha, uma caracterização espectroscópica no IV foi realizada e mostrada na Fig. 1. Foram observadas bandas de vibrações na amostra localizadas em torno de 3415 e 1600 cm-1 bem correlacionadas aos estiramentos O--H em moléculas de água dentro dos poros zeoliticos e adsorvidas na superfície da estrutura. As bandas em 1540, 1410, 1380 e 975 cm-1 são dos estiramentos TO4 (T = Si ou Al) das unidades básicas de construção. Bandas próximas a 610, 570 e 480 cm-1 estão relacionadas às vibrações dos anéis de 6 membros que compõem a estrutura zeolitica (AYSAN et al., 2016). As fotomicrografias dos rejeitos e de Gi-zeo-CHA são mostradas na Fig. 2, que mostra uma morfologia em folhas empilhadas para a RCJar, que confirmam os resultados de difração de raios-X, composto majoritariamente por caulinita, ela por sua vez possui estrutura em forma de placas pseudo-hexagonais que podem ocorrer de forma empilhada ou não, como nas estruturas de caulim amazônico, descritas por Santos et al. (2013). Para Gi-zeo-chab, observa-se a formação de aglomerados de glóbulos bem formados e com tamanho médio 7 micrometros.

Padrões DRX do material de partida (RCJAr) e Na- chabazita (Gi-zeo-CHA) e espectro de IV-FTIR de Gi- zeo-CHA.


Fotomicrografias de microscopia eletronica de varredura RCJAr e Gi-zeo-CHA.

Conclusões

Os rejeitos de caulim da Amazonia compostos predominantemente por caulinita foram convertidos com êxito em material zeolítico com estrutura Na-chabazita. Os resultados de caracterização confirmaram a obtenção de uma estrutura cristalina, com bandas IV-FTIR diagnosticas e morfologia em glóbulos, evidenciando assim, que um produto indesejado pode ser usado para a síntese de material de valor agregado.

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES, CNPQ, UFOPA, LCM (IFPA), LAMIGA (UFPA) e CETENE pelo apoio financeiro e analítico que permitiram a execução deste trabalho

Referências

DU, Tao; SHUAI, Che; LIU, Liying; FANG, Xin; Preparation of zinc chabazite (ZnCHA) for CO2 capture. Res Chem Intermed, v. 43. p.1783–1792, 2017.

AYSAN, Hamza; EDEBALI, Serpil; OZDEMIR, Celalettin; KARAKAYA, Muazzez Celi̇k; KARAKAYA, Necati; Use of chabazite, a naturally abundant zeolite, for the investigation of the adsorption kinetics and mechanism of methylene blue dye. Microporous and Mesoporous Materials, v. 235. p. 78-86, 2016.

AUERBACH, Scott M.; CARRADO, Katheleen A.; DUTTA, Prabir K.; Handbook of zeolite science and technology. Nova York: Marcel Dekker, 2003.

SERVATAN, Morteza; ZARRINTAJ, Payam; MAHMODI, Ghader; KIM, Seok Jin; GANJALI, Mohammad Reza; SAEB, Mohammad Reza; MOZAFARI, Masoud; Zeolites in drug delivery: progress, challenges and opportunities. Drug Discovery Today. v. 25. p 642-656, 2020.

SANTOS, S. C. A.; ROCHA JUNIOR, C. A. F.; SILVA, L. N.; ANGÉLICA, R. S.; NEVES, R. F. Caulins amazônicos: possíveis materiais de referência. Cerâmica. v. 59. p. 431-441, 2013.

VAKHARKAR, Ashutosh S; Adsorption studies for arsenic removal using modified chabazite. Thesis (Master’s in Environmental Engineering) - College of Engineering, University of South Florida. p. 87. 2005.