Preparação e Caracterização de argila Verde-Lodo natural com diferentes sais quaternários de amônio.

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1 Preparação e Caracterização de argila Verde-Lodo natural com diferentes sais quaternários de amônio. Janaelson Abílio da Silva 1, Mariaugusta Ferreira Mota 1, Kleberson Ricardo de Oliveira Pereira 1, Meiry Gláucia Freire Rodrigues 1, Shâmia Borborema Cabral 1, Wellington Siqueira Lima 1. 1 Universidade Federal de Campina Grande / Centro de Ciências e Tecnologia / Unidade Acadêmica de Engenharia Química janaelsonfisqui@yahoo.com.br RESUMO As argilas organofílicas são obtidas a partir de argilas esmectíticas e sais quaternários de amônio. Estas argilas têm encontrado grande uso na adsorção de substâncias orgânicas. Estudou-se a preparação e caracterização de argilas organofílicas a partir de uma bentonita natural com diferentes sais quaternários de amônio. Neste trabalho as bentonitas foram tratadas com dois sais: brometo de cetil trimetil amônio (CTMABr) e cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen). Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios-x (DRX), Inchamento de Foster e Capacidade de Adsorção. Os resultados indicam que foi obtido material organofílico através do tratamento da argila natural com os sais quaternários de amônio. INTRODUÇÃO Argilas esmectíticas organofílicas consistem basicamente das esmectitas as quais foram modificadas com cátions de amina quaternária. (Alther, 2002) A preferência quanto ao uso de esmectitas nessas sínteses deve-se às pequenas dimensões dos cristais e à elevada CTC (capacidade de troca de cátions) desses argilominerais, e isso faz com que as reações de intercalação sejam mais rápidas. (Pereira, 2003) As argilas organofílicas são obtidas a partir de adição de sais quaternários de amônio (com pelo menos 12 ou mais átomos de carbono em sua cadeia) em dispersões aquosas de argilas esmectíticas sódicas. Elas desfrutam de um grande número de aplicações nas diversas áreas tecnológicas, sendo amplamente utilizadas na adsorção e retenção de resíduos industriais perigosos e contaminantes sólidos, na remoção de vários contaminantes orgânicos no tratamento de águas contaminadas, tratamento de efluentes industriais, em tanques de óleo ou gasolina, como componentes tixotrópicos em fluidos de perfuração de poços de petróleo à base de óleo, no refino de petróleo e em revestimento de aterros. (Diaz, 2001) As argilas com características organofílicas têm desempenhado um importante papel na indústria sendo utilizada como, espessantes de líquidos orgânicos nas indústrias de tintas, cosméticos, adesivos e outros. Nas indústrias do petróleo e petroquímica, elas são utilizadas, por exemplo, como componentes de fluidos de perfuração à base de óleo e na obtenção de lubrificante para altas temperaturas. (José, 2003) O presente trabalho tem o objetivo de preparar e caracterizar argilas organofílicas a partir de argila Verde-Lodo natural com diferentes sais quaternários de amônio visando a comparação dos sais entre si.

2 EXPERIMENTAL Foi utilizada uma amostra de argila de cor Verde-Lodo, fornecida na forma de aglomerados pela DOLOMIL Industrial Ltda., empresa localizada no distrito industrial da cidade de Campina Grande/PB. Sais utilizados: brometo de cetil trimetil amônio (CTMABr) cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen) A argila desagregada, moída e passada em peneira ABNT Nº 200 (abertura de 0,005mm) foi sendo adicionada aos poucos e sob agitação mecânica constante, em recipiente de vidro contendo água destilada, até a obtenção de uma dispersão aquosa à concentração de 4% em peso de argila, agitou-se por 20 minutos. Em seguida, foi acrescentada à dispersão aquosa, uma solução de carbonato de sódio concentrado, na proporção de 100meq/100g de argila seca, sob agitação constante e aquecimento até 95 o. Essa adição se dá pela necessidade de deixar a argila o mais sódica possível. Após a troca catiônica, foi acrescentado aos poucos o sal quaternário de amônio na proporção de 100 meq/100g de argila, agitou-se por 30 minutos. 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. Após 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. Capacidade de Adsorção: O teste de avaliação da capacidade de adsorção em solventes orgânicos foi baseado na norma ASTM F Esse teste foi aplicado às argilas verde-lodo: sem tratamento e organofílicas. Inicialmente, colocou-se em um recipiente Pyrex o solvente a ser testado até atingir a altura de 2cm. Posteriormente, em uma cesta (de fabricação manual a partir de tela de Aço Inoxidável com abertura de 0,044mm) adicionou-se 1,0g da argila a ser analisada. Em seguida, o sistema argilacesta foi pesado e colocado no recipiente Pyrex com o solvente, onde permaneceu por 15 minutos. Após o tempo decorrido ergueu-se a cestinha e deixou-se escorrer o excesso de solvente orgânico por 15 segundos e, realizou-se uma nova pesagem. Esse

3 procedimento foi repetido por três vezes para a argila verde-lodo organofílica visando obter resultados precisos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Serão apresentados e discutidos os resultados obtidos da parte experimental referente à caracterização das argilas Verde-Lodo: natural e organofílicas, utilizando diferentes sais. Difração de Raios X (DRX) Os difratogramas das argilas Verde-Lodo in- natura e organofilicas utilizando os sais quaternários de amônio, brometo de cetiltrimetilamônio (CTMABr) e cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen) estão apresentados nas FIG. 1, 2 e 3 respectivamente. FIGURA 1 Difratograma da argila Verde-Lodo in- natura A FIG. 1 evidência alguns picos que são característicos, é possível verificar que a argila Verde-Lodo sem tratamento apresenta reflexão do grupo da esmectita (E) que corresponde à distância basal (d 001 ) de 15,16 Å. Observa-se também, outro pico que corresponde ao mineral não esmectítico: quartzo (Q) (CHOY et al., 1997; SHEM, 2001; WANG et al., 2004; XI et al., 2004). FIGURA 2 Difratograma da argila Verde-Lodo organofílica utilizando CTMABr

4 Intensidade (u.a) ,47 A Argila Organofilica Verde Lodo (Grau) FIGURA 3: Difratograma da argila verde-lodo organofílica utilizando Dodigen. E possível observar que quando as argilas in- natura são tratadas com sais quaternário de amônio (CTMABr e Dodigen) ocorre uma mudança nítida na distancia basal das mesmas, 22,65 Å e 22,47 Å respectivamente, fato que caracteriza a incorporação do sal no espaço interlamelar. É notório que não houve uma diferença significativa na organofilização da argila verde- lodo utilizando os sais CTMABr e Dodigen. Inchamento de Foster Para o teste de inchamento de Foster será utilizado as seguintes normas: Inchamento Não-inchamento Baixo Médio Alto Faixa Igual ou inferior a 2 ml/g 3 a 5 ml/g 6 a 8 ml/g Acima de 8 ml/g Fonte: Vianna et al., Os resultados referente ao teste de inchamento de Foster utilizando as argilas verde-lodo organofilicas utilizando como sais quartanário de amônio CTMABr e Dodigen, nos solventes gasolina e diesel, estão apresentados no GRAF.1.

5 Inchamento de Foster em ml/g de Argila Organofílica GRÁFICO 1 Inchamento de Foster utilizando as argilas Verde-Lodo organofílicas (sem e com agitação) em solventes orgânicos gasolina e diesel. Analisando o GRAF. 1 e possível concluir que a argila organofilizada com o sal CTMABr tem um capacidade de expansão um pouco melhor em relação a organofilizada com sal DODEGIN, fato que pode ser atribuído a estrutura do sal. Os resultados com agitação foi visualmente melhores em relação aos processos sem agitação. Foi observado que na presença do solvente gasolina as argilas organofilicas obtiveram melhores resultados em relação ao diesel. Capacidade de Adsorção Esse teste tem como finalidade avaliar a capacidade de adsorção das argilas verde-lodo organofilizadas com os sais CTMABr e Dodigen, nos solventes orgânicos gasolina e diesel, a eficiência da adsorção foi calculada usando a seguinte expressão: Sendo: ; Peso do material após adsorção; ; Peso do material adsorvente seco; Ad; Eficiência da adsorção para o fluido e o adsorvente testado, em percentagem. Os resultados serão apresentados em gramas de argila por gramas de solventes. Os solventes orgânicos utilizados nessa análise foram: gasolina, óleo diesel. Os dados de adsorção para as argilas Verde-Lodo: in natura e organofílica estão apresentados na TAB. 1 e no GRAF. 2. TABELA 1 : Dados de adsorção para as argilas Verde-Lodo: In-natura e organofílicas. Solventes Gasolina (CTMABr) Diesel (CTMABr) Gasolina (DODIGEN) Diesel (DODIGEN) In- natura 2,0 1,6 - -

6 Organofílica (Exp. 1) 6,7 6,2 5,4 4,9 Organofílica (Exp. 2) 6,4 6,1 5,7 5,6 Organofílica (Exp. 3) 6,7 6,3 5,7 5,6 Capacidade de Adsorção, g de material adsorvido /g de material In-natura Organofilica (Exp 1) Oganofilica (Exp 2) Oganofilica (Exp 3) GRÁFICO 2 - Capacidade de adsorção das argilas Verde-Lodo: sem tratamento e organofílicas. O GRAF. 2 e a TAB. 1 mostram os resultados dos testes de adsorção para as argilas verde-lodo in-natura e organofilicas com os sais quartanários de amônio CTMABr e DODIGEN, foi utilizado para o teste os solventes orgânicos gasolina e diesel. Ficou evidente que a capacidade de adsorção aumentou consideravelmente com a organofílização das argilas, a argila organofilizada com o sal CTMABr obteve um desempenho um pouco melhor em relação a organofilizada com DODIGEN, o solvente que mostrou melhores resultados na adsorção foi a gasolina em todas as argilas testadas. O presente teste esta em conformidade com o inchamento de Foster. CONCLUSÕES De acordo com os testes apresentados foi claro a obtenção da argila verde-lodo na sua forma organofilica, nos dois sais testados. E essa se mostrou com uma ótima capacidade de adsorção em solventes orgânicos. Fato que pode conferir a esses materiais aplicações de uso tecnológico.

7 REFERÊNCIAS Alther, G. R. Using organoclays to enhance carbon filtration, Waste Management, 22 (5), , Choy, J. H; KWAK, S. Y; HAN, Y. S; KIM, B. W. Materials Letters 33, , 1997 José, C. V., Obtenção e caracterização de argilas organofílicas preparadas em laboratório para adsorção de compostos fenólicos visando seu uso no controle ambiental de poluentes industriais, Tese de Doutoramento apresentada ao Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Orientador Prof. Dr. Pedro M. Buchler. São Paulo, Pereira, K. R. O., Ativação ácida e preparação de argilas organofílicas partindo-se de argila esmectítica proveniente do Estado da Paraíba., Dissertação de Mestrado, Orientadora: Meiry Gláucia Freire Rodrigues, Campina Grande- PB, Março de Shem, Y. H. Chemosphere 44, , 2001 Díaz, V. F. R. Preparation of organophilic clays from a Brazilian smectitic clay. Key Eng. Mater., (2001) Vianna, R. M. M. G. Estudo em escala de laboratório da adsorção de componentes orgânicos do vinhoto em argila organofílica. Dissertação (Mestrado), Departamento de Engenharia Química, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 89p., Wang, C. C; Juang, L. C; Lee, C. K; Hsu, T. C; Lee, J. F; Chao, H. P. Journal of Colloid and Science 280, 27-35, Xi, Y; Ding, Z; He, H; Frost, R. L. Journal of Colloid and Interface Science 277, , 2004.