ARGILA BOFE DESTINADA À APLICAÇÃO COMO CATALISADOR: TRATAMENTO QUÍMICO E TÉRMICO.

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1 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 1 ARGILA BOFE DESTINADA À APLICAÇÃO COMO CATALISADOR: TRATAMENTO QUÍMICO E TÉRMICO. Silva, M.L.P. da (1) ; Oliveira, M.D. (1) ; Rodrigues, M.G.F. (1) Rua Lino Gomes da Silva, 154 Bairro São José Campina Grande PB marlipersi@yahoo.com.br (1) Depto. de Engenharia Química, Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) RESUMO As argilas são compostos, essencialmente, de partículas extremamente pequenas de um ou mais membros de um certo grupo de substâncias denominadas argilominerais, que são silicatos hidratados de alumínio ou magnésio, contendo teores significativos de ferro, níquel, cromo e outros cátions. Após serem ativadas com ácidos, as argilas adquirem propriedades catalíticas e adsortivas, e são empregadas industrialmente como catalisadores, suportes catalíticos e adsorventes. Um problema enfrentado quando da utilização das argilas como catalisadores é que as mesmas não suportam as altas temperaturas em que a maioria das reações catalíticas ocorrem. Por este motivo estudou-se o efeito provocado na argila Bofe, destinada à aplicação como catalisador, pelo tratamento químico com HCl a 6M e 90ºC, e de um tratamento térmico em que a argila foi submetida a diversas temperaturas até atingir 500ºC. Após os experimentos as amostras foram caracterizadas por meio da técnica de difração de raios-x DRX e Espectroscopia na região do Infravermelho. Palavras-chave: argila, catálise, caracterização, ativação ácida, tratamento térmico. INTRODUÇÃO A ativação ácida de minerais argilosos é um dos métodos propostos mais efetivos para produzir materiais ativos para adsorção e catálise. As argilas ativadas com ácido têm encontrado aplicações, em particular, em processos industriais como

2 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 2 a alquilação de fenóis (1), polimerização de hidrocarbonetos não saturados (2,3), clarificação de óleos comestíveis (4) e fotocopiadora (5). O tratamento ácido da montmorilonita tem sido observado com a finalidade de aumentar a mesoporosidade contribuindo para um suporte catalítico efetivo. Assim, é importante compreender como se modificam as propriedades texturais bem como as propriedades de superfície sob diferentes condições de ativação (6-9). Este trabalho propõe investigar as características da argila bofe, tratada termicamente, num intervalo de 100 C até atingir um máximo de 500 o C, e ativada com ácido clorídrico 6M, segundo as técnicas de difração de Raios-X, Espectroscopia na região do Infravermelho. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais A amostra utilizada foi fornecida pela empresa DRESCON e denominada de Argila Bofe, a qual encontrava-se na forma de partículas. A referida amostra foi triturada com almofariz e classificada em peneira 200# (mesh). Tratamento químico da argila Bofe A ativação foi conduzida no Laboratório de Novos Materiais da Universidade Federal de Campina Grande. O ácido utilizado foi HCl (ácido clorídrico) e as condições da ativação da amostra foram as seguintes: Temperatura = 90ºC; Tempo de reação = 1 hora; Concentração do ácido = 6M; Relação ácido/argila = 10mL/1g. A solução ácida foi adicionada sobre a argila seca e agitada por alguns minutos, em um reator de vidro fechado. Logo após, a mistura foi colocada em estufa à 90ºC±5 C, onde permaneceu por 1 hora. Após o tempo de reação, a amostra foi filtrada a vácuo e lavada com água destilada, até que o ph estivesse neutro (7,0). Em seguida a amostra foi seca em estufa à 60ºC±5 C por 48 horas, para então ser caracterizada. Tratamento térmico da argila Bofe Amostras de argila Bofe foram submetidas a um tratamento térmico visando verificar a que temperaturas poderiam ser submetidas em reações catalíticas, sem, no entanto ter a sua estrutura destruída. As mesmas foram levadas a mufla, e

3 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 3 mantidas por um período de 30 minutos em temperaturas controladas de 100 o C, 200 o C, 300 o C, 400 o C e 500 o C. Após este tratamento, as amostras foram submetidas à caracterização. Caracterização Difração de Raios-X (DRX) A difração de raios-x, segundo o método de varredura, que consiste na incidência dos raios-x sobre uma amostra em forma de pó compacto sobre um suporte, e um detector dos raios difratados nos diferentes ângulos de incidência. O equipamento utilizado foi da marca Siemens D5000. Espectroscopia na Região do Infravermelho (IV) As amostras foram prensadas em pastilhas de KBr e analisadas em comprimentos de onda na faixa de 4000 a 400 cm-1, utilizando um espectrofotômetro de Infravermelho (IR) da amarca AVATAR TM 360 FT-IR E.S.P. RESULTADOS E DISCUSSÕES Tratamento químico da argila Bofe As figuras 1 (a) e (b) apresentam os difratogramas das amostras de argila bofe natural e após tratamento com HCL (6,0M) Bofe Natural 1000 Bofe tratada Intensidade Intensidade θ 2θ (a) (b) Figura 1- Difratogramas das argilas bentoníticas bofe: (a)natural e (b) ativada com HCl (6,0M). Pode-se observar que o difratograma da amostra natural assim como o da amostra ativada com HCl evidencia a presença de montmorilonita e quartzo, sendo a

4 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 4 montmorilonita o argilomineral predominante. Do ponto de vista estrutural, o material sofreu alterações após o tratamento químico. Analisando o difratograma com relação à ativação ácida (6,0M) Fig. 1 (b), observa-se ao comparar a argila bofe natural com a amostra ativada que houve alteração significativa na intensidade do pico característico da montmorilonita indicando modificação na estrutura. Os espectros de luz infravermelha (IR) da argila bofe natural e ativada quimicamente com ácido clorido (HCl) estão apresentados nas figuras 2 (a) e (b): 2,4 2,4 Bofe natural 478 Bofe tratada Absorção Absorção Comprimento de Onda (cm -1 ) Comprimento de Onda (cm -1 ) Figura 2 Espectros de Infravermelho da argila bentonítica bofe: (a) natural (b) ativada com ácido (HCl - 6M). A Figura 2(b) mostra outro aspecto de modificação estrutural da argila ativada com ácido clorídrico Os picos característicos das camadas octaédricas são freqüentes nas faixas de 1110cm -1, 1047cm-1 e 478cm-1, verifica-se a presença destes picos nas amostras natural (Figura 2a) e ativada com o ácido clorídrico (HCl) para o tempo de reação de 1 hora (Figura 2b). Tratamento térmico da argila Bofe Os difratogramas das amostras de argila bofe, natural e submetidas ao tratamento térmico a 100 o C, 200 o C, 300 o C, 400 o C e 500 o C, são apresentados na figura 3.

5 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 5 Bofe 500 o C Bofe 400 o C Bofe 300 o C Bofe 200 o C Bofe 100 o C Bofe Natural Theta Figura 3 - Difratogramas das argilas bofe natural e tratadas termicamente a 100 o C, 200 o C, 300 o C, 400 o C e 500 o C. Os difratogramas mostrados na Fig. 3, correspondem aos resultados obtidos com as amostras tratadas termicamente (100 o C, 200 o C, 300 o C, 400 o C e 500 o C). Até a temperatura de 200 C os picos característicos da argila permanecem inalterados. A partir de 300 C é possível verificar o desaparecimento do pico correspondente á Montmorilonita e os demais picos permanecem inalterados. CONCLUSÕES

6 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 6 Este trabalho teve por objetivo avaliar o que ocorreu com as amostras de argila Bofe fornecida pela DRESCON, após serem submetidas aos tratamentos ácido com HCl (6M) e térmico com uma variação de temperatura de 100 o C à 500 o C, com intervalos de 100 C. Com base nos resultados podemos concluir que: A análise por Difração de Raios X mostrou que o tratamento ácido com HCl (6M) não ocasionou perda da estrutura, havendo apenas uma pequena diminuição na intensidade dos picos característicos. O tratamento térmico destruiu o pico correspondente a montmorilonita a partir da temperatura de 300 o C. Conclui-se então de forma geral que a utilização da argila bofe em estudo como catalisador fica bastante restrita visto que, a partir de 300 C desaparece o pico correspondente da estrutura. REFERÊNCIAS 1. Kaplan H., US Patent , Hojabri, F.; J. Appl. Chem. Biotechnol. 21, 87, Nijopwouo, D.; Roques, G.; Wandji, R. A., Clay Miner. 22, 145, Morgan, D. A.; Shaw, D. B.; Sidedbottom, M. J.; Soon, T. O., Taylor, R. S.; J. Am. Oil Soc., 62, 447, Fahn, R.; Fenderl, K; Clay Miner., 16, 1, Rhodes, C. N., Franks, M., Parkes, G. M. B., Brown, D. R., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 804, Rhodes, C. N., Brown, D. R., J. Chem. Soc., Faraday Trans., 88, 2269, Kumar, P.; Jasra, R. V.; Bhat, T. S. G.; Ind. Eng. Chem. Res., 34, , Rodrigues, M. G. F.; Cerâmica, 49, , 2003.

7 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 7 Clay destined to application as catalyst, chemical and thermal treatment. ABSTRACT Clays are compounds, essentially, of extremely small particles of one or more members of a substance group called argilominerais, which are hydrated aluminium or magnesium silicates, containing iron, nikel, chromium and others cations significative contents. After they are activated with acids, the clays acquire catalytic and adsorptive properties, and are industrially utilized as catalyst, catalytic supports and adsorvents. One problem to face when using clays as catalyst is that the same doesn't support high temperatures as the most catalytic reactions require. By this reason the effect provoked in Bofe clay, used as a catalyst, by a chemical treatment using HCl at 6M and 90 C, and a thermal treatment wich the clay was submitted to several temperatures until reaches 500 C, was studied. After the experiments the samples were characterized by x-ray diffraction DRX technique and Infrared (IR). Key-words: clay, catalysis, characterization, acid activation, thermal treatment