SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA ORGANOFÍLICA ANALISANDO DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE SAL QUATERNÁRIO DE AMÔNIO (PRAEPAGEN)

Transcrição

1 SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA ORGANOFÍLICA ANALISANDO DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE SAL QUATERNÁRIO DE AMÔNIO (PRAEPAGEN) Marcílio M. da Silva¹*, Aline Cadigena L. Patrício¹, Wellington S. Lima¹, Mariaugusta F. Mota¹, Meiry G. F. Rodrigues¹*, Hervé M. Laborde¹* ¹UFCG/CCT/UAEQ/LABNOV Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP , Campina Grande PB, Brasil. marcilio_maximo@yahoo.com.br, meiry@deq.ufcg.edu.br, herve@deq.ufcg.edu.br Resumo Neste trabalho estudou-se a preparação de argilas organofílicas, através do método direto, com o sal cloreto de distearil dimetil amônio (PRAEPAGEN) avaliando diferentes concentrações do sal. As amostras sem e com tratamento foram caracterizadas por Difração de Raios-X (DRX), Capacidade de adsorção em solventes orgânicos, onde se constatou que as novas argilas obtidas possuem características organofílicas. Análises de difração de raios-x mostraram que a distância basal da argila Bentonita Verde na forma natural era 15,57 Å e após o tratamento (80meq/100g) é 18,62 Å e (100meq/100g) é 18,72 Å. Os resultados da capacidade de adsorção mostraram a afinidade das novas argilas organofílicas com os solventes orgânicos testados: diesel, querosene e gasolina. Palavras chave: Bentonita Verde, Praepagen, Argila organofílica. Introdução Na atualidade, o estudo das argilas organofílicas ganha cada vez mais espaço nas pesquisas acadêmicas por se apresentar como um material que desfruta de inúmeras aplicações, devido as suas interessantes propriedades. Argilas são materiais naturais, terrosos, de granulação fina e são constituídos quimicamente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio. São constituídos por partículas cristalinas extremamente pequenas, de um número restrito de minerais conhecidos como argilominerais, podendo conter ainda matéria orgânica, sais solúveis, partículas de quartzo, pirita, calcita, outros materiais residuais e minerais amorfos. As argilas esmectitas caracterizam-se por possuírem uma alta capacidade de troca catiônica, na faixa de 80 a 150 meq/100g, e também por apresentarem uma intensa expansão quando estão em suspensão [6]. A preferência quanto ao uso de esmectitas nessas sínteses deve-se às pequenas dimensões dos cristais e a elevada capacidade de troca de cátions desses argilominerais isso faz com que as reações de intercalação sejam mais rápidas e eficientes [3]. As argilas organofílicas são argilas que contém moléculas orgânicas intercaladas entre as camadas estruturais. A inserção de moléculas orgânicas faz com que ocorra expansão entre os planos (d 001 ) da argila, e muda sua natureza hidrofílica para hidrofóbica ou organofílica e com isso proporciona diversas possibilidades de aplicações [3]. Essas argilas 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 á base de óleo, no refino de petróleo e em revestimento de aterros [7]. Este estudo foi realizado para obter e caracterizar uma argila Bentonita Verde nacional modificada com o sal cloreto de distearil dimetil amônio (PRAEPAGEN). As argilas sem e com o tratamento foram caracterizadas por: Difração de Raios-X e Capacidade de adsorção.

2 Material e Métodos Síntese da argila organofílica a partir do método direto (PEREIRA, 2003)[4]. Reagentes: Argila Bentonita verde fornecida pela empresa Bentonisa, Carbonato de sódio (Merk), Cloreto de distearil dimetil amônio (Praepagen) (Clariant), Água destilada. Metodologia: Inicialmente a 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. Essa dispersão foi preparada com agitação mecânica constante, adicionando-se aos poucos a argila em um recipiente com água destilada, após a adição completa da argila, continuou-se a agitação por 30 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 a 20%, sob agitação constante e aquecimento até 95 ºC, à dispersão. Após resfriamento da dispersão, foi realizado o tratamento com o sal quaternário de amônio que foi acrescentado na proporção de 80meq/100g e 100meq/100g de argila, agitando-se por 30 minutos. Depois da agitação o material foi lavado sucessivamente com 4 L de água destilada.e a dispersão foi filtrada em funil de Büchner, acoplado a bomba à vácuo, usando-se papel de filtro comum. Ao término da filtração, o material obtido foi seco em estufa a 60 ± 5ºC por 24 horas e posteriormente levado para caracterização. As argilas foram nomeadas por: BVN (Bentonita verde natural); BV80Pr (Bentonita verde organofílica na proporção de 80meq/100g de argila seca a partir do sal Praepagen); BV100Pr (Bentonita verde organofílica na proporção de 100meq/100g de argila seca a partir do sal Praepagen). Difração de Raios-X: 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. Capacidade de adsorção: O teste de capacidade de adsorção mede a afinidade que a argila organofílica tem com compostos orgânicos. Este teste é baseado na norma Standard Methods of testing sorbent Performance of Absorbents (ASTM F e ASTM F726-99). O presente teste é realizado utilizando o seguinte procedimento: inicialmente foi confeccionada e pesada as cestas de aço inox malha ABNT 200, com abertura 0,055 mm, somado a 1 g da argila organofílica, essas cestas foram colocada em um Becker contendo cerca de 2 cm em profundidade dos solventes testado, as cestas contendo a argila foram deixadas imersas no solvente em repouso durante 15 minutos. Em seguida o conjunto (cesta + argila) foi pesado novamente. O teste foi realizado em triplicata visando obter resultados precisos. A quantidade de solvente adsorvida foi calculada usando a seguinte expressão: Ad = P 1 P 2 Sendo: ; Peso do material após adsorção; ; Peso do material adsorvente seco; Ad; Capacidade de adsorção em gramas de solvente por gramas de argila;

3 Resultados e Discussão Difração de Raios-X Os difratogramas das argilas Bentonita Verde natural e organofílicas estão apresentados nas Fig. 1. Figura 1 Difratograma das argilas: (a) BVN; (b) BV80Pr; (c) BV100Pr; Na FIG. 1a é possível verificar que a argila BVN apresenta reflexão do grupo da esmectita (E) que corresponde á distância basal (d 001 ) de 15,57 Å. Além disso, observa-se também um pico referente à caulinita (C) (d = 7,15 Å), e outros picos referentes ao material não-esmectítico: quartzo (Q) (d = 4,45 Å; 4,25 Å; 3,57 Å; 3,34 Å; 3,02 Å) [1,5,8-10]. A FIG. 1b mostra que a modificação da argila natural com o sal quaternário de amônio (cloreto de distearil dimetil amônio), na proporção de 80meq/100g de argila seca, faz com que ocorram modificações significativas na distância basal quando comparada com a argila sem tratamento. A argila BV80Pr apresenta uma distância basal (d 001 ) de 18,62 Å o que indica a presença das moléculas dos cátions quaternários de amônio. O pico característico do argilomineral esmectítico(e) (d 001 = 12,72 Å) indica que não houve intercalação do sal quaternário de amônio em parte da fração de argila [2]. Observa-se também os mesmos picos correspondentes à caulinita (C) (d = 7,18 Å), e outros referentes ao material não-esmectítico: quartzo (Q) (d = 4,44 Å, 4,25 Å, 3,58 Å, 3,34 Å, 3,24 Å, 3,03 Å). A FIG. 1c mostra que a modificação da argila natural com o sal quaternário de amônio (cloreto de distearil dimetil amônio), na proporção de 100meq/100g de argila seca, faz com que ocorram modificações significativas na distância basal quando comparada com a argila sem tratamento. A argila BV100Pr apresenta uma distância basal (d 001 ) de 18,72 Å o que indica a presença das moléculas dos cátions quaternários de amônio. O pico característico do argilomineral esmectítico (E) (d 001 = 12,41 Å) indica que não houve intercalação do sal quaternário de amônio em parte da fração de argila [2]. Observa-se também os mesmos picos correspondentes à caulinita (C) (d = 7,11 Å), e outros referentes ao material não-esmectítico: quartzo (Q) (d = 4,43 Å, 4,23 Å, 3,57 Å, 3,33 Å, 3,23 Å, 3,01 Å). Analisando-se os resutlados discutidos anteriormente é possível verificar que houve um aumento significativo nos espaços interlamelares e, consequentemente, nas distâncias basais (d 001 ) das argilas BV80Pr e BV100Pr, em relação à argila BVN. Estes resultados confirmam, portanto, a hipótese de que os cátions distearil dimetil amônio foram intercalados nos espaços interlamelares da argila BVN, formando assim as argilas organofílicas.

4 Capacidade de Adsorção Esse teste tem como finalidade avaliar a capacidade de adsorção da argila natural e organofilizada com o sal quaternário de amônio cloreto de distearil dimetil amônio (PRAEPAGEN). Utilizando a metodologia baseada nas normas ASTM F e ASTM F Essa metodologia foi repetida por três vezes para as argilas visando obter resultados precisos. Os solventes orgânicos utilizados nessa análise foram: gasolina, óleo diesel, e querosene. Os dados de adsorção para as argilas Bentonita Verde: natural e organofílicas estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Capacidade de adsorção em gramas de material adsorvido por grama de argila. Argila BVn Argila BV80Pr Argila BV100Pr Gasolina 0,820 ± 0,183 g/g 2,935 ± 1,780 g/g 2,548 ± 0,478 g/g Querosene 1,188 ± 0,079 g/g 3,453 ± 0,187 g/g 3,551 ± 0,376 g/g Óleo Diesel 1,207 ± 0,167 g/g 4,482 ± 1,197 g/g 4,875 ± 0,280 g/g De acordo com a TAB. 1 é possível verificar que quando comparadas as argilas organofílicas (BV80Pr e BV100Pr) e natural (BVN), observa-se que as argilas tratadas possuem uma maior eficiência na adsorção de compostos orgânicos em relação à argila na forma natural, característica desejada para usos ambientais. As argilas organofílicas BV80Pr e BV100Pr, obtiveram maior capacidade em adsorver diesel, querosene e gasolina, respectivamente. É possível sugerir que as amostras organofilizadas têm melhor potencial para adsorção em todos os solventes orgânicos quando comparado com os resultados da argila sem tratamento, com a seguinte ordem: diesel > querosene > gasolina. Os melhores resultados na adsorção com argilas: organofílica e sem tratamento foram obtidos utilizando o solvente orgânico diesel. Este fato indica provavelmente que existe uma melhor interação da argila organofílica com o solvente diesel. Conclusões O processo de organofilização à que a argila Bentonita Verde foi submetida provocou: A argila Bentonita Verde sem tratamento apresenta uma distância basal de 15,57 Å e é modificada com a incorporação do sal Praepagen, o valor da distância aumenta para 18,62 Å (BV80Pr) e 18,72 Å (BV100Pr), confirmando assim a eficiência da intercalação do sal quaternário de amônio. O teste de capacidade de adsorção comprovou a melhor eficiência da argila Bentonita Verde organofilizada com sal quaternário de amônio (Praepagen) em relação à argila na sua forma sem tratamento, independente dos solventes utilizados (diesel, querosene e gasolina). Concluímos que a síntese de argilas Bentonitas Verde utilizando diferentes concentrações de sal quaternário de amônio (80meq/100g) e (100meq/100g) através do Método direto nos leva a obtenção de materiais com características organofílicas. As argilas organofílicas apresentaram eficiências semelhantes, independente da concentração do sal Praepagen, em relação à adsorção de compostos orgânicos (diesel, querosene e gasolina).

5 Agradecimentos Ao PIBIC/CNPq/UFCG pela bolsa de Iniciação Científica concedida, ao CNPq e Capes pelas bolsas de mestrado e doutorado e a Petrobras pelo auxílio financeiro. Referências Bibliográficas [1] CHOY, J. H.; KWAK, S.Y.; HAN, Y. S.; KIM, B. W. New organo-montmorillonite complexes witn hydrophobic and hydrophilic functions. Mater. Lett., v. 33, p , [2] MARTINS, A. B.; FERREIRA, H. S.; FERREIRA, H. S.; NEVES, G. A.; Desenvolvimento de argilas bentoníticas organofilizadas para uso em fluidos não aquosos de baixo conteúdo aromático, 4 Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás, Campinas, SP, [3] PAIVA, L. B.; MORALES, A. R.; DIAZ, F. R. V., Argilas organofílicas: características, metodologias de preparação, compostos de intercalação e técnicas de caracterização, Cerâmica, v.54, p , [4] PEREIRA, K. R. O., Ativação ácida e preparação de argilas organofílicas partindo-se de argila esmectítica proveniente do Estado da Paraíba. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Campina Grande-Campina Grande- PB, 95 p., [5] SHEN, Y. H. Preparations of organobentonite using nonionic surfactants. Chemosphere, v. 44, p , [6] SOUZA SANTOS, P., Ciência e Tecnologia de Argilas, V. 1, 2a Ed., Ed. Edgard Blücher Ltda, [7] VALENZUELA-DÍAZ, F. R., Preparation of organophilic clays from a Brazilian smectitic Clay. Key Eng. Mater., v , p , [8] XI, Y.; DING, Z.; HE, H.; FROST, R. L., Structure of organoclays an X-ray diffraction and thermogravimetric analysis study, J. Coll. Sci., v. 277, p , [9] XI, Y.; MALLAVARAPU, M.; NAIDU, R.; Preparation, characterization of surfactants modified Clay minerals and nitrate adsorption, App. Clay Sci., v. 48, p , [10] WANG, C. C.; JUANG, L. C.; LEE, C. K.; HSU, T. C.; LEE, J. F.; CHAO, H. P. Effects of exchanged surfactant cations on the pore structure and adsorption characteristics of montmorillonite. J. Coll. Int. Sci., v. 280, p , 2004.