Síntese e caracterização da Peneira molecular SBA-15 sintetizada a partir da casca de arroz

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1 Síntese e caracterização da Peneira molecular SBA-15 sintetizada a partir da casca de arroz Liliane Andrade Lima*, Ângela da Costa Nogueira, Meiry Gláucia Freire Rodrigues*. UFCG/CCT/UAEQ/LABNOV. Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP , Campina Grande - Paraíba, Brasil. s: INTRODUÇÃO Materiais mesoporosos ordenados apresentam uma série de promissoras de aplicações nos mais diversos campos da alta tecnologia como eletrônica, catálise, materiais nanoestruturados. Esses materiais podem ser sintetizados com diferentes tamanhos e geometrias de poros, exibem elevada área superficial e volume de poros, podem ser modificados superficialmente e normalmente são estáveis termicamente. Dentre as sílicas mesoporosas, a SBA-15, adquiriu importância nas áreas de nanotecnologia. Este material apresenta estrutura hexagonal com poros altamente ordenados e interligados, paredes relativamente espessas [3,1 6,4nm] e notável estabilidade térmica, hidrotérmica e mecânica (ZHAO et al., 1998; MATOS et al., 2001). SBA-15 é sintetizado usando o Tetraetilortosilicato (TEOS) como fonte de sílica e o copolímero tribloco, poli-(oxido etileno)-poli-(oxido propileno)-poli-(oxido etileno) PEO- PPO-PEO como agente direcionador de estrutura (molde). (YOU, 2007). Diante da necessidade de novas rotas de produção de peneiras moleculares cuja importância tecnológica é crescente, neste trabalho vislumbra-se o desenvolvimento de peneiras moleculares do tipo SBA-15 utilizando cinzas de casca de arroz como fonte de cinza. Os materiais obtidos foram caracterizados através das técnicas de difração de raios X (DRX), análise química por espectrometria de raios-x por energia dispersiva (EDX) e Adsorção Física de Nitrogênio (BET).

2 EXPERIMENTAL A síntese da peneira molecular SBA-15 consistiu em duas etapas: tratamento da casca de arroz e a síntese da SBA-15. O tratamento de casca de arroz consistiu em calcinar a casca de arroz a uma temperatura de 600 C, na qual permaneceu por 4 horas. Depois se utilizou um processo de lixiviação no qual consistiu em agitar a casca de arroz em solução de HCl (1 mol/l) à 100 C, por 2 horas. Após a lixiviação a casca residual foi calcinada com as mesma condições submetida ao tratamento térmico descrito anteriormente. A síntese da peneira molecular SBA-15 foi preparada seguindo o procedimento descrito por (CHAREONPANICH et al., 2007), dissolveu-se Plurionic (P123) em água deionizada e HCl (2M), sob agitação mecânica. Em seguida adicionou-se as cinzas de casca de arroz e permaneceu com a agitação durante 24 horas à 40 C. Em seguida o material foi levado à estufa para tratamento hidrotérmico à 95 C por 48 horas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise química através do espectrômetro de raios-x por energia dispersiva (EDX) A Tabela 1 apresenta os resultados da análise química da casca de arroz, após o tratamento químico. Tabela 1. Composição química da casca de arroz. Amostra SiO 2 (%) Outras substâncias(%) Cinzas de casca de arroz 96,16 3,83 Fonte: Dados da Pesquisa. A partir dos dados apresentados na Tabela 1 verificou-se que a porcentagem de sílica na casca de arroz é bastante elevada, podendo ser utilizada como fonte de sílica na preparação da peneira molecular do tipo SBA-15. Os resultados da composição da amostra de SBA-15 estão mostrados na Tabela 2. Tabela 2. Composição química da amostra SBA-15. Amostra SiO 2 (%) Impurezas (%) SBA-15 95,69 4,31

3 É possível observar a partir do resultado da Tabela 2, que a amostra apresenta alto teor de sílica (SiO 2 ), visto que a peneira molecular SBA-15 possui em sua estrutura composta basicamente por sílica. Difração de Raios X (DRX) A Figura 1 mostra o difratograma de Raios X da amostra SBA-15 sintetizada a partir das cinzas de casca de arroz. Figura 1: Difratograma da amostra SBA-15 sintetizada com cinzade casca de arroz. A partir do difratograma apresentado na Figura 1, verifica-se a presença dos picos formados em 2θ: 0,86, 1,59 e 1,80, referentes aos planos cristalinos, cujos índices de Miller são (1 0 0),(1 1 0) e (2 0 0) respectivamente, segundo a literatura (KUMARAN et al., 2006), são característicos de uma simetria hexagonal bidimensional p6mm, comum a materiais do tipo SBA-15. A Tabela 3 apresenta os valores dos ângulos 2θ, suas respectivas distâncias interplanares no plano (hkl), (d (hkl) ) e o parâmetro mesoporoso a 0 para o plano (1 0 0).

4 Tabela 3. Valores dos ângulos 2θ, suas respectivas distâncias interplanares e o parâmetro mesoporoso a 0 para o plano (1 0 0) para a amostra SBA-15. Amostra 2θ hkl d (hkl) (Å) a 0 (nm) 0, ,9 SBA-15 1, ,63 1, ,35 Adsorção Física de N 2 (BET) A Figura 2 apresenta a isoterma de adsorção-dessorção de N2 a -196 ºC referente à amostra SBA-15. Volume Adsorvido (cm 3 /g) SBA-15 método alternativo(adsorção) SBA-15 método alternativo(dessorção) 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Pressão Relativa, P/P 0 Figura 2. Isotermas de adsorção-dessorção de N 2 a -196ºC da amostra SBA-15. A isoterma de adsorção/dessorção de N 2 representada na Figura 2 apresenta distribuição de poros na faixa dos mesoporos, do Tipo IV. Duas regiões podem ser distinguidas: a primeira, dada a baixas pressões relativas (P/P0 < 0,2) corresponde à

5 adsorção de N 2 na monocamada; a segunda inflexão dada entre P/P0 = 0,4 1,0 ocorre a condensação capilar característico de materiais mesoporosos (SELVAM et al, 2001; KHODAKOV et al., 2005). A Tabela 4 apresenta os resultados, calculados a partir das isotermas, diâmetro e volume de poros, usando o método de BJH e a área específica, usando o método de BET, das amostras: SBA-15 método convencional e SBA-15 método alternativo. Tabela 4. Análise textural das amostras SBA-15 método convencional e SBA-15 método alternativo. Componentes S BET (m 2 /g) V P total (cm 3 /g) Dp(nm) SBA ,18 5,1 CONCLUSÃO Diante dos resultados da difração de raios-x, verificou-se que a síntese da peneira molecular mesoporosa SBA-15 foi efetiva na obtenção do material desejado, que apresentou picos característicos da peneira molecular SBA-15. Pelo EDX, foi constatado que a peneira molecular SBA-15 apresentou alto teor de sílica, visto que sua estrutura apresenta apenas sílica. Através dos resultados de adsorção física de N 2, as isotermas de adsorção dessorção para as peneiras moleculares SBA-15 foi do tipo IV com histerese do tipo H2 correspondente a materiais mesoporosos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHAREONPANICH M. et al. Short-period synthesis of ordered mesoporous silica SBA-15 using ultrasonic technique. Materials Letters, V.61, p ,2007. KHODAKOV, A. Y. et al. Impact of aqueous impregnation on the long-range ordering mesoporous structure of cobalt containing MCM-41 and SBA-15 materials. Microporous and Mesoporous Materials. v. 79, p , KUMARAN, G. M. et al. Effect of Al-SBA-15 support on catalytic functionalities of hydrotreating catalysts I. Effect of variation of Si/Al ratio on catalytic functionalities. Appl. Catal. V.305, p , 2006

6 MATOS, J. R.; MERCURI, L. P.; KRUK, M.; JARONIEC, M. Toward the Synthesis of Extra-Large-Pore MCM-41 Analogues. Chem. Mater., v. 13, p , SELVAM, P. et al. Recent advances in processing and characterization of periodic mesoporous MCM-41 silicate molecular sieves. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 40, p , YOU, E. Synthesis and Adsorption Studies of the Micro-Mesoporous Material SBA-15. UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST Tese de Doutorado ZHAO, D., FENG, J., HUO,Q; MELOSH,N; FREDRICKSON.G.H, CHMELKA, B.F., STUCKY, G.D.Triblock copolymer Syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores. Science. V.279 p ,1998.

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