AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE ADSORÇÃO DA ARGILA VERMELHA

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1 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE ADSORÇÃO DA ARGILA VERMELHA Luana do Nascimento Rocha 1 ; Antonielly dos Santos Barbosa 2 Giovane de Sousa Monteiro 3 ; Jonas Ribeiro 4 ; Meiry Gláucia Freire Rodrigues 5 1,2,3,4,5 Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciência e Tecnologia, Unidade Acadêmica de Engenharia Química, Av. Aprígio Veloso-882,Bodocongó, ,Campina Grande-PB,Brasil luanarocha.ce@gmail.com RESUMO Devido a necessidade de diminuir ao máximo qualquer tipo de poluição, inúmeras técnicas, métodos e materiais para a retenção de óleos foram e estão sendo desenvolvidos. Entre os materiais podem se destacar minerais com a capacidade de adsorver compostos apolares, uma vez que as mesmas são materiais fáceis e baratos de se encontrar. O material foi caracterizado por difração de raio X (DRX), Fluorescência de raio X por energia dispersa (FRX ED) e espectroscopia na região do Infravermelho (IV). Foi realizado o teste de Capacidade de Adsorção, onde a partir dos resultados foi possível perceber que a argila teve melhor desempenho, como adsorvente, quando testada com o Diesel e teve o pior desempenho em relação a Gasolina. Palavras-chave: Capacidade de Adsorção, Argila, Compostos orgânicos. 1. INTRODUÇÃO Argilas são materiais provenientes geralmente da decomposição de rochas feldspáticas, num processo de milhões de anos e são abundantes na superfície da terra. São rochas constituídas de minerais finamente divididos. Elas contêm uma classe de minerais característicos chamados de argilominerais, mas podem conter outros minerais, matéria orgânica ou impurezas. Elas geralmente adquirem plasticidade quando umedecidas com água, possuem capacidade de troca de cátions entre 3 e 150 meq/100g, são duras quando secas e se queimadas a temperaturas acima de 1000oC podem adquirir dureza comparável a dureza do aço. [SOUZA SANTOS, 1992] Os minerais da argila tem propriedades tais como, grande área superficial específica, a capacidade de troca catiônica (CTC) e acidez superficial que conferem propriedades adsortivas além de capacidades catalíticas em apoio a eles. Estes resultados implicam em vários usos benéficos de minerais de argila, tais como estimulação da biodegradação e sorção de substâncias tóxicas para a finalidade de controle ambiental. [BRIGHT e FLETCHER, 1983; FLETCHER e MARSHALL, 1982; KOSITA et al, 2002; MURRAY, 2000; SHELOBOLINA et al, 2004; WARR et al., 2009] Para que o processo de adsorção seja eficaz, é desejável que o adsorvente tenha uma vida longa, esteja disponível em larga escala e com baixo custo. Por baixo custo entende-se material que necessite de pouco processamento, seja naturalmente abundante ou subproduto de outra indústria. [SILVA et al., 2008] Técnicas de tratamento, como precipitação química, troca iônica e degradação biológica, são métodos usados com o objetivo de ajustar as propriedades da água de acordo com a política ambiental e promover seu

2 descarte na natureza de acordo com essas políticas. Também são utilizados tratamentos convencionais mecânicos para limpeza de águas poluídas, que não são muito eficientes, porém materiais de ação adsorvente, produtos mais econômicos e de maior eficácia vêm sendo empregados com intuito de substituir essas técnicas tradicionais. [SILVEIRA et al., 2006] As argilas, por ser um material natural e considerado barato, estão sendo muito estudadas nos últimos anos como adsorventes alternativos ao carvão ativo na remoção de corantes em efluentes. Estes minerais são filossilicatos hidratados que, devido ao fenômeno de substituição isomórfica na sua estrutura cristalina lamelar, por exemplo, de Si+4 por Al+3, apresentam cátions trocáveis entre as lâminas e por isto possuem alta capacidade de troca catiônica (CTC). [NEUMANN, 2000] 2. METODOLOGIA O adsorvente utilizado foi a argila vermelha proveniente do município de Parelhas-RN, região com abundante jazida deste tipo de argilomineral. A amostra de argila natural foi caracterizada a partir das diversas técnicas complementares descritas abaixo: 2.1. Caracterização Difração de Raios X (DRX) Neste trabalho foi utilizado o método de varredura que consiste na incidência dos raios X sobre a amostra em forma de pó, compactada sobre um suporte. O aparelho utilizado é da marca Shimadzu XRD-6000 com radiação CuKα, tensão de 40 KV, corrente de 30 ma, tamanho do passo de 0,020 em 2Ɵ e tempo por passo de 1,0 s, com velocidade de varredura de 2º(2θ)/min, com ângulo 2θ percorrido de 2 a 50º, pertencente ao Laboratório de Desenvolvimento de Novos Materiais - LABNOV da Unidade Acadêmica de Engenharia Química (UAEQ) da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Fluorescência de raio-x por energia dispersa (FRX-ED) A amostra foi analisada em um espectrômetro EDX-700 Shimadzu. A amostra a ser analisada deve ser homogênea, peneirada em peneira 200 mesh com abertura 0,075mm Adsorção Física de Nitrogênio No presente estudo foi utilizado o gás nitrogênio. Foram obtidos os parâmetros de volume de poros e microporos, distribuição de tamanho de poros, tamanho máximo de poros e superfície específica, para valores progressivos de pressão relativa por adsorção de nitrogênio Capacidade de Adsorção O teste de avaliação da capacidade de adsorção em solventes orgânicos foi baseado no método Standard Methods of Testing Sorbent Performance of Adsorbents baseado nas normas ASTM F e ASTM F Este teste constou do seguinte procedimento: em um recipiente Pyrex colocou-se o solvente a ser testado até uma altura de 2cm. Em uma cesta (fabricada de tela de Aço Inoxidável com malha ABNT 200, abertura de 0,075 mm) colocou-se 1,00g do material adsorvente (argila natural ou argila organofílica) a ser testado. Esse conjunto é pesado e colocado na vasilha com o solvente, onde permanece por 15 minutos. Após esse tempo, deixouse escorrer o excesso por 15 segundos e realizou-se uma nova pesagem.

3 A quantidade de solvente adsorvida foi calculada a partir da equação [1]: P1 P Ad P2 2 *100 [1] 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Difração de Raio X (DRX) A figura 1 mostra o difratograma entre os ângulos 0 e 50 da argila. Na Tabela 1, encontra-se a composição química da argila. Tabela 1: Composição Química da argila Compostos Argila % SIO 2 59,99 Al 2 O 3 30,49 Fe 2 O 3 4,80 MgO 2,16 Intensidade (u.a.) 1,59 nm (C) (Q) Argila TiO 2 0,70 CaO - K 2 O 1,33 IMPUREZAS 0, Figura 1: Difratograma de Raio X da Argila A estrutura apresentada pela argila (Figura 1) é característica de argilas do tipo Esmectita sendo a mesma constituída principalmente dos grupos esmectita, caulinita, bem como a presença do mineral Quartzo, onde esses dois últimos sendo considerados como impurezas pois estão em quantidade menor quando comparados ao argilomineral montmorilonita. [MELO, 2013] Através do difratograma é possível observar picos de montmorilonita em 5,58 com espaçamento basal d001 de 1,59 nm, em 19,86 e em 35,82 coincidindo também com a ficha catalográfica (esmectita) Fluorescência de Raio-X por Energia Dispersa (FRX-ED) 2 A partir dos resultados apresentados na Tabela 1, observa-se que os componentes abundantes na argila em sua forma natural são SiO 2 e Al 2 O 3, que são provavelmente provenientes dos minerais argilosos Esmectita, Caulinita e sílica livre. A amostra apresenta valores de Al 2 O 3 inferior a 46%, sendo o material classificado como sílico-aluminoso. [ABNT, 1986] Observa-se também, uma baixa quantidade de Fe 2 O 3 (ainda menor na argila vermelha) provavelmente proveniente do reticulado cristalino dos argilominerais do grupo da Esmectita, além disso a presença dos óxidos de magnésio (MgO) e cálcio (CaO) são referentes aos cátions trocáveis presentes na estrutura das argilas. [SANTOS, 1992]

4 3.3. Adsorção Física de Nitrogênio (Método BET) Na figura 2 encontra-se a isoterma de adsorção da Argila. Figura 3: Potencial de Adsorção da Argila Adsorçمo da Argila Branca Dessorçمo da Argila Branca Quantidade adsorvida (cm 3 /g) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Pressمo Relativa (P/P0) Figura 2: Isoterma de Adsorção da Argila A isoterma para a argila vermelha (Figura 2) se mostrou semelhante a isoterma do tipo IV. A parte inicial desta isoterma é atribuída à adsorção monomulticamada, na parte não porosa ou mesoporosa do adsorvente. [MELO, 2013] As isotermas do tipo IV são características de adsorventes mesoporosos industriais, características de argilas bentonitas. [SING, 1985] 3.4 Capacidade de Adsorção O resultado referente às análises de capacidade de adsorção para a amostra de argila é apresentado na figura 3. O objetivo desse teste é avaliar o potencial de adsorção da argila em solventes orgânicos (gasolina, querosene e diesel). A partir dos resultados de capacidade de adsorção da argila, é possível indicar que a mesma teve melhor no desempenho no solvente Diesel (1,083), seguida do solvente Querosene (0,875) e com pior desempenho de adsorção a Gasolina (0,459). 4. CONCLUSÕES A partir do resultado do DRX foi possível observar a existência de montmorilonita sendo essa característica de argilas do tipo Esmectita sendo a mesma constituída principalmente dos grupos minerais Esmectita e Caulinita, bem como a presença do mineral Quartzo como impureza. Com os resultados obtidos do FRX- ED foi possível constatar que a quantidade de sílica livre presente na amostra é pequena devido aos baixos valores de óxido de silício (SiO 2 ) bem como os valores de óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) e Óxido de Ferro (Fe 2 O 3 ). Através do isoterma foi possível observar que para a argila mostrou-se semelhante a isoterma do tipo IV, característico de adsorventes mesoporosos industriais e também característicos de argilas Bentonitas.

5 Em relação a Capacidade de Adsorção, foi possível observar que entre os compostos estudados o Diesel foi o que apresentou maior massa adsorvida. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) NBR 6457: Amostra de Solos - Preparação para ensaio de compactação e ensaio de caracterização: Método de ensaio. Rio de Janeiro, BRIGHT, J.J., FLETCHER, M., Amino acid assimilation and electron transport system activity in attached and free living marine bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 45, FLETCHER, M., MARSHALL, K.C., Are solid surfaces of ecological significance to aquatic bacteria? Adv. Microb. Ecol. 6, Kosita, J.E., Dalton, D.D., Skelton, H., Dollhopf, S., STUCKI, J.W., Growth of iron(iii)- reducing bacteria on clay minerals as the sole electron acceptor and comparison of growth yields on a variety of oxidized iron forms. Appl. Environ. Microbiol. 68, MELLO, V.F.B.; GAMA, J.M.; BARAUNA, O.S.; JUCÁ, J.F.T.; MOTTA SOBRINHO, M.A. Estudo e Caracterização de propriedades da argila Esmectita na remoção de corantes têxteis. Revista Matéria, v.18, nº 04, pp , Murray, H.H., Traditional and new applications for kaolin, smectite and palygorskite: a general overview. Appl. Clay Sci. 17, suspensão aquosa. Instituto de Química de São Carlos - Universidade de São Paulo São Carlos - SP, SILVA, F.A.N.G.; SILVA, F.T., LUZ, A.B.; SAMPAIO, J.A. Caracterização Tecnológica e Beneficiamento do Caulim da região da Borborema-Seridó (RN). CETEM/MCT, SILVEIRA, D. M.; MARTINS, J.; MELO, T. M. S.; GIL, L. F. Avaliação da capacidade de adsorção de vermiculita hidrofóbica em contato direto com óleo. REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 59(3): , jul. set SING, K. S. W., EVERETT D. H., HAUL, R. A. W., et al. Reporting physisorption data for gas/solid systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity. Pure & Appl. Chem., v. 57, n. 4, pp , SHELOBOLINA, E.S., ANDERSON, R.T., VODYANITSKII, Y.N., SIVTSOV, A.V., YURETICH, R., LOVLY, D.R., Importance of clay size minerals for Fe(III) respiration in a petroleum contaminated aquifer. Geobiology 2, SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª Ed.; São Paulo: Edgard Blucher. v.1, Warr, L.N., Perdrial, J.N., Lett, M., Heinrich-Salmeron, A., Khodja, M., Clay mineral-enhanced bioremediation of marine oil pollution. Appl. Clay Sci. 46, NEUMANN, M.G., GESSNER, F.; CIONE, A.P.P.; SARTORI, R.A.; SCHMITT C.C. Interações entre corantes e argilas em