Síntese e Caracterização das argilas organofílicas Chocolate A e Chocolate utilizando mistura de sais quaternários de amônio.

Transcrição

1 Síntese e Caracterização das argilas organofílicas Chocolate A e Chocolate utilizando mistura de sais quaternários de amônio. Mariaugusta Ferreira Mota (1), Aline Cadigena L. Patrício (1), Guilherme Costa de Oliveira (1), Marcílio Máximo Silva (1), Wellington Siqueira Lima (1), Meiry Glaúcia Freire Rodrigues (1) RESUMO (1) Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Campina Grande * mariaugusta.f@gmail.com Argilas modificadas com sais quaternários de amônio, denominadas argilas organofílicas, possuem afinidade por compostos orgânicos sofrendo expansão. A intercalação de surfactantes orgânicos entre as camadas das argilas muda as propriedades da superfície de hidrofílica para hidrofóbica e aumenta consideravelmente o espaço basal entre as camadas. O trabalho tem como objetivo a preparação das argilas organofílicas a partir de argilas naturais: Chocolate e Chocolate A. As amostras foram caracterização por difração de raios X (DRX) e ensaios de expansão para avaliar a afinidade pelos derivados de petróleo: gasolina, querosene e óleo diesel. INTRODUÇÃO Dentre o grande número de compostos argilas + substâncias orgânicas pesquisados, os de maior importância industrial são as argilas organofilicas obtidas a partir de argilas bentoníticas sódicas, com alto grau de inchamento em água, e sais quaternários de amônio (Leite et al., 2008). A argila organofílica é facilmente solvatada e expansível em diversos solventes orgânicos, o que faz desta argila um ótimo sorvente seletivo em sistemas orgânicos como: metanol, benzeno, tolueno, ortoxileno, ciclohexana, fenol e Outras. A capacidade das argilas organofílicas na adsorção e retenção de contaminantes orgânicos, sugere seu uso efetivo na retenção de poluentes químicos que estão presentes em resíduos perigosos, resíduos industriais e contaminantes sólidos (SILVA, et al 2006). Os sais quaternários de amônio são os responsáveis pela transformação das argilas bentoníticas em organofilicas, introduzindo hidrofobicidade. Os sais utilizados na modificação possuem um ou dois grupos de hidrocarbonetos de cadeia longa (derivados geralmente de ácido graxos) ligados diretamente a um

2 átomo de nitrogênio onde se situa a parte catiônica da molécula. Ao adicionar esses sais às dispersões aquosas de bentonitas, esses cátions orgânicos substituem os cátions sódio que são facilmente trocáveis; assim, os cátions quaternários de amônio, com longas cadeias de hidrocarbonetos livres se acomodam entre as camadas 2:1 do argilomineral, tornando-a organofílica (Díaz, 1994). Os objetivos deste trabalho foram preparar e caracterizar as argilas organofílicas Chocolate A e Chocolate, e em seguida fazer um teste de adsorção de compostos orgânicos. MATERIAIS E MÉTODOS Amostra Foram utilizadas amostras de argilas denominadas Chocolate e Chocolate A, fornecidas na forma de aglomerados pela Bentonisa. Sal quaternário de amônio Cloreto de estearil dimetil amônio (Praepagen). Cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen). A argila Chocolate A foi tratada com o sal Praepagen e a argila Chocolate foi tratada com a mistura de sais Praepagen + Dodigen. Metodologia Inicialmente cada argila foi desagregada, moída e passada em peneira malha 200 mesh (abertura 0,005 mm), em seguida preparou-se uma dispersão aquosa à concentração de 4% em peso de argila (32 g). Essa dispersão foi preparada com agitação mecânica constante, adicionando-se aos poucos a argila em um recipiente com água destilada, após a adição completa continuouse a agitação por 20 minutos. Para transformar a argila policatiônica na forma mais sódica possível foi necessário um tratamento com carbonato de sódio, que foi realizado adicionando-se solução concentrada de carbonato de sódio, sob agitação constante e aquecimento até 95 ºC, à dispersão.

3 Após resfriamento da dispersão, foi realizado o tratamento com o sal quaternário de amônio que foi acrescentado na proporção de 100 meq/100g de argila, agitou-se por 30 minutos, no caso da argila tratada com a mistura de sais, foi adicionado 50% de cada sal. Depois da agitação a dispersão foi filtrada em funil de Büchner, acoplado a bomba à vácuo, usando-se papel de filtro comum. O material foi lavado sucessivamente com 4 L de água destilada. Ao término da filtração, o material obtido foi seco em estufa a 60ºC ± 5ºC por 24 horas e caracterizado. Caracterização Difração de Raios X (DRX) Os dados foram coletados utilizando o método do pó empregando-se um difratômetro Shimadzu XRD-6000 com radiação CuKα, tensão de 40 KV, corrente de 30 ma, tamanho do passo de 0,020 2θ e tempo por passo de 1,000s, com velocidade de varredura de 2º(2θ)/min, com ângulo 2θ percorrido de 2 a 50º. Inchamento de Foster: O ensaio consistiu em adicionar, lentamente e sem agitação, 1,0g de argila verde-lodo organofílica em 50mL do solvente contido em proveta de 100mL. Em seguida, o sistema foi deixado em repouso por 24 horas. Decorrido o tempo de repouso, mediu-se o volume ocupado pela argila (inchamento sem agitação). Logo após, agitou-se o conteúdo da proveta, com bastão de vidro, por 5 minutos, deixando novamente o sistema em repouso. Após 24 horas de repouso, mediu-se o volume ocupado pela argila (inchamento com agitação). Os solventes orgânicos testados foram: gasolina e óleo diesel comerciais. RESULTADOS E DISCUSSÃO Difração de Raios X Os resultados da análise de difração de Raios X das amostras da argila Chocolate e Chocolate A naturais e organofílicas estão dispostos nas Figuras 1 e 2.

4 Figura 1: Difratograma de Raios X das argilas Natural e Organofílica da argila Chocolate A. Através da Figura 1 é possível verificar que a argila Chocolate A natural apresenta uma distancia basal (d 001 ) de 15,46 Å, expressando o pico característico esmectítico. Em relação a argila organofílica, o DRX indica que o tratamento da argila natural com o sal quaternário de amônio cloreto de distearil dimetil amônio (Praepagen), na proporção de 100meq/100g de argila, evidencia a introdução dos cátions quaternários nos espaçamentos interlamelares,ou seja a introdução do sal aumenta expressivamente a distância basal (d 001 ) passando de 15,46 Å para 19,72 Å. Figura 2: Difratograma de Raios X das argilas Natural e Organofílica da argila Chocolate.

5 ml/g O comportamento da argila Chocolate tratada com os dois sais quaternários de amônio foi semelhante ao comportamento da argila Chocolate A tratada com apenas um sal. A argila natural apresentou distância basal (d 001 ) de 13,98 Å, e após a modificação química, apresentou um pico de 19,61 Å. Comparando os resultados das duas argilas verifica-se que diante das semelhanças o tipo de sal quaternário de amônio não influencia consideravelmente na expansão das lamelas, sendo ambos tratamentos considerados eficientes na organofilização, com um sal ou a mistura deles. Inchamento de Foster Os resultados referentes ao teste de inchamento de Foster estão apresentados na Figura 3. As referências utilizadas na análise dos dados encontram-se na Tabela Inchamento de Foster S/ Agitação C/ Agitação S/ Agitação C/ Agitação Chocolate "A" Chocolate Gasolina Querosene Diesel Figura 3: Inchamento de Foster das argilas organofílicas Chocolate A e Chocolate nos solventes orgânicos Gasolina, Querosene e Diesel. De acordo com a Figura 3, relacionando com a Tabela 1, todas as amostras, com e sem agitação, da argila Chocolate A e Chocolate no solvente gasolina apresentaram alto inchamento.

6 No solvente querosene, a Chocolate A apresentou alto inchamento com e sem agitação, já a argila Chocolate não obteve inchamento nem aumento do inchamento após a agitação. Avaliando o solvente diesel, a argila Chocolate A apresentou alto inchamento e a argila Chocolate apresentou médio inchamento na amostra sem agitação e alto inchamento na amostra com agitação. Tabela 1: Referências para o inchamento de Foster Inchamento Sem Inchamento Baixo Médio Alto Faixa 2mL/g 3-5 ml/g 6-8 ml/g > 8 ml/g Fonte: (VIANNA, et al 2002). CONCLUSÕES Através dos resultados apresentados pode-se concluir que: pela técnica de difração de raios X foi possível confirmar a obtenção das argilas Chocolate A e Chocolate organofílicas, e que pelo teste do inchamento de Foster o caráter hidrofóbico de ambas foi certificado. REFERÊNCIAS LEITE, F., RAPOSO, C. M. O., SILVA, S. M. L., Caracterização estrutural de argilas bentoníticas nacional e importada: antes e após o processo de organofilização para utilização como nanocargas, Cerâmica v.54, p , SILVA, A. A.; PEREIRA, K. R. DE O.; RODRIGUES, M. G. F; WIEBECK, H. VALENZUELA-DIAZ, F. R. Uso de Argilas Organofílicas na Purificação de Efluentes Oleosos. 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, VALENZUELA DIAZ, F. R., Preparação, a nível de laboratório, de algumas argilas esmectíticas organofílicas , 256p. Tese de Doutorado, Engenharia Química, Universidade de São Paulo, São Paulo - SP.

7 VIANNA, M.M.G.R.; JOSÉ, C. L. V.; PINTO, C.A.; BUCHLER, P.M.; VALENZUELA-DÍAZ, F.R. Preparação de duas argilas organofílicas visando seu uso como sorventes de hidrocarbonetos. 46º CBC, São Paulo SP, p , 2002.