Preparação e caracterização das argilas organofílicas Brasgel e Verde Lodo utilizadas na adsorção de solventes orgânicos

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1 Preparação e caracterização das argilas organofílicas Brasgel e Verde Lodo utilizadas na adsorção de solventes orgânicos Marcelo Batista Queiroz (1)*, Mariaugusta Ferreira Mota (1), Janaelson Abílio da Silva (1), Wellington Siqueira Lima (1), Meiry Glaúcia Freire Rodrigues (1) (1) Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Campina Grande * morpheu_18@hotmail.com Resumo Argilas organofílicas apresentam uma vasta gama de aplicações industriais, desde a indústria do petróleo à farmacêutica e de cosméticos, passando pela retenção de resíduos e produção de nanocompósitos argilapolímeros. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de duas argilas organofílicas, argila Brasgel PA (sódica ativada) e a argila Verde-Lodo, submetidas ao procedimento de troca catiônica com o sal quaternário de amônio cloreto de estearil dimetil amônio. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de adsorção das argilas Introdução A definição clássica designa argila como um material natural, terroso, de granulação fina que quando umedecido com água apresenta plasticidade; quimicamente, são materiais formados essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, denominados argilominerais. As argilas esmectitas são materiais constituídos por um, ou mais, argilominerais esmectíticos e por alguns minerais acessórios (principalmente quartzo, cristobalita, micas e feldspatos). Esses argilominerais são alumino-silicatos de sódio, cálcio, magnésio, ferro, potássio e lítio, que inclui: montmorilonita,

2 nontronita, saponita, hectorita, sauconita, beidelita e volconsoíta (MENEZES, et al 2008). Ao adicionar os sais quaternários de amônio a dispersões aquosas de bentonitas sódicas, os cátions orgânicos do sal substituem os cátions sódio da bentonita sódica, passando-a de hidrofílica para organofílica. A parte catiônica das moléculas do sal quaternário de amônio ocupa os sítios onde anteriormente estavam os cátions de sódio e as longas cadeias orgânicas se situam entre as camadas do argilomineral. A efetiva intercalação dos sais quaternários de amônio entre as camadas dos argilominerais pode ser acompanhada por difração de raios X dos materiais organofílicos, observandose o aumento da distância interplanar d001, que passa de valores geralmente situados entre 1,2 e 1,6 nm (dependendo da umidade da amostra) para valores situados geralmente entre 2,0 e 4,0 nm. O valor da distância d001 vai variar com o comprimento da molécula e com o grau de inclinação que a mesma apresenta em relação ao plano do argilomineral (MENEZES, 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). Água misturada com óleo é produzida em grandes volumes nos processos industriais inclusive na produção de petróleo. Estas misturas devem ser tratadas para que possa retornar ao meio ambiente ou mesmo ser reutilizada no processo. O refino dessas águas é um processo caro e de difícil execução. O processo de separação de óleos da água utilizando-se argilas organofílicas oferece uma nova opção estes desafios (SILVA, et al 2006). Os objetivos deste trabalho foram preparar e caracterizar as argilas organofílicas Brasgel e Verde-Lodo, e em seguida fazer um teste de adsorção de compostos orgânicos.

3 Materiais e Métodos Neste trabalho foi feita a preparação das argilas organofílicas Brasgel e Verde Lodo e a caracterização das mesmas sem tratamento e organofílica. A amostra de argila Brasgel sem tratamento, de granulometria 200 mesh foi sendo adicionada aos poucos e sob agitação mecânica constante, em um recipiente de vidro contendo água destilada, para obter uma dispersão aquosa à concentração de 4% em peso de argila. Em seguida foi adicionado à dispersão aquosa o sal quaternário de amônio (PRAEPAGEN HY) a 25% na proporção de 100meq/100g de argila seca. Após adição completa do sal quaternário de amônio, continuou-se a agitação por 20 minutos. Posteriormente, a dispersão foi filtrada e lavada sucessivamente com água destilada, em seguida foi submetida à secagem em estufa a aproximadamente 60ºC por 48 horas. A argila Verde-Lodo 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. Após resfriamento da dispersão, foi realizado o tratamento com o sal quaternário de amônio (PRAEPAGEN HY) que foi acrescentado 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, usandose 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.

4 As amostras foram caracterizadas por difração de Raios X (DRX) e por o inchamento de Foster. Na análise de (DRX) foi utilizado o método de varredura, que consiste na incidência dos raios X sobre uma amostra em forma de pó, compactada sobre um suporte. O aparelho utilizado é da marca Philips X PERT MPD com radiação K do cobre, tensão de 40KV, corrente de 40mA, tamanho do passo de 0,020 2 e tempo por passo de 1,000s. As análises foram realizadas no Laboratório de Caracterização da Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Campina Grande. O teste de inchamento de Foster é utilizado para verificar a afinidade do sal quaternário com as moléculas orgânicas dos solventes. O teste consistiu em adicionar lentamente 1,0g da argila organofílica em 50ml do solvente contido em proveta de 100mL, após 24 horas em repouso mediu-se o volume ocupado pela argila, em seguida agitou-se o conteúdo da proveta por 5 minutos e após mais 24 horas mediu-se o volume ocupado. Os solventes orgânicos utilizados foram a gasolina e o diesel. Resultados e Discussão Os difratogramas de raio X das argilas Brasgel Natural e Organofilica e da Verde-Lodo Natural e Organofilica estão apresentados na Figura 1 (a) e Figura 1 (b) respectivamente, através da figura é possível verificar que quando a argila in natura é tratada com o sal quaternário de amônio (PRAEPAGEN HY) ocorrem modificações nos espaçamentos basais da mesma, na argila Brasgel observa-se um aumento expressivo na distância basal (d 001 ) de 13,69 Å para 19,16 Å. Já para a Verde Lodo o aumento da d 001 foi de 15,16 Å para 21,30 Å. Este resultado confirma a hipótese de que o sal PRAEPAGEN foi intercalado nos espaços lamelares das argilas In Natura formando as argilas organofílicas.

5 (a) (b) Figura 1: Difratogramas de Raios X das argilas Natural e Organofílica (a) Brasgel e (b) Verde-Lodo. Os resultados referentes ao teste de inchamento de Foster estão apresentados na Figura 2. As referências utilizadas na análise dos dados encontram-se na Tabela 1. Figura 2: Inchamento de Foster das Argilas Organofílicas Brasgel e Verde-Lodo Através da Figura 2 pôde-se observar que a argila Brasgel obteve bons resultados de inchamento com a gasolina tanto com agitação, como sem, já

6 com o diesel os valores foram baixos. A argila organofílica Verde-Lodo obteve inchamento alto tanto para a gasolina como para o diesel sem uma diferença muito grande quanto à agitação. De forma geral, os inchamentos com agitação apresentaram resultados mais elevados em relação ao inchamento sem agitação. Estes resultados comprovam a hidrofobicidade das argilas organofílicas sintetizadas, pois estas se dispersaram e incharam em compostos orgânicos. 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 da argila Brasgel organofílica assim como da argila Verde-Lodo organofílica, e que pelo teste do inchamento de Foster ocaráter hidrofóbico de ambas foi certificado. Referências MENEZES, R. R.; ÁVILA JÚNIOR, M. M.; SANTANA, L. N. L.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H. C. Comportamento de expansão de argilas bentoníticas organofílicas do estado da Paraíba. Cerâmica, 54, , 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, 2006.

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.