PROCESSO DE OBTENÇÃO DE ARGILA ORGANOFILICA UTILIZANDO DOIS SAIS QUATERNÁRIOS DE AMÔNIO (Praepagen e Dodigen)

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1 PROCESSO DE OBTENÇÃO DE ARGILA ORGANOFILICA UTILIZANDO DOIS SAIS QUATERNÁRIOS DE AMÔNIO (Praepagen e Dodigen) Aline Cadigena L. Patrício¹*, Marcílio M. da Silva¹, Mariaugusta F. Mota¹, Wellington S. Lima¹, Meiry G. F. Rodrigues¹*, ¹UFCG/CCT/UAEQ/LABNOV Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP , Campina Grande PB, Brasil. cadigena@hotmail.com; meiry@deq.ufcg.edu.br Resumo Durante o desenvolvimento deste trabalho, foi estudado a elaboração de argilas organofílicas através do método direto, partindo-se da argila natural Chocolate A", utilizando os sais quaternários de amônio cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen) e cloreto de estearil dimetil amônio (Praepagen WB). As amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios-x(drx), e capacidade de adsorção em gasolina, querosene e óleo diesel. Foi observado por meio de difração de raio X a efetiva intercalação dos sais quaternários de amônio entre os espaços interlamelares da argila. E através do teste de capacidade de adsorção as amostras tratadas com o sal quaternário de amônio Praepagen apresentaram uma elevada capacidade de adsorção em óleo Diesel. Palavras Chaves: Dodigen, Praepagen, argilas organofiíicas. Introdução As argilas proporcionam uso crescente em inumeráveis aplicações como em fertilizantes, catalisadores, areias de fundição, adsorventes, cargas para polímeros e elastômeros, papel, etc. [1-4]. Isso ocorre devido às atraentes propriedades que esses materiais apresentam como inchamento, adsorção, plasticidade, etc. No entanto, várias dessas aplicações só são possíveis após a modificação superficial das argilas. Essa modificação é uma área que tem recebido bastante atenção, pois permite expandir os horizontes de aplicação das argilas, gerando novas aplicações. [6] No conceito atual, afirma-se que as argilas são compostas basicamente de partículas extremamente pequenas de um ou mais membros de um certo grupo de substâncias designado argilominerais, que são silicatos hidratados de alumínio e/ou magnésio, contendo teores significativos de ferro, níquel, cromo e outros cátions na estrutura peculiar dos argilominerais que geram uma capacidade de troca reversível para cátions orgânicos, inorgânicos e organometálicos. [2] Os sais quaternários de amônio são geralmente utilizados na transformação das argilas bentoníticas em organofilicas. Os sais utilizados na modificação possuem um ou dois grupos de hidrocarbonetos de cadeia longa ligados diretamente a um átomo de nitrogênio onde se situa a parte catiônica da molécula. Ao adicionar esses sais às dispersões aquosas de bentonitas sódicas, esses cátions orgânicos substituem os cátions sódio que são facilmente trocáveis. [5] O objetivo deste trabalho é sintetizar argilas organofílicas, a partir de argilas esmectíticas sódicas, através de experimento em escala de laboratório, utilizando dois sais orgânicos (Praepagen e Dodigen). Além disto, testar a eficiência de adsorção das argilas: argila Chocolate A natural e organofílicas utilizando diferentes solventes (gasolina, diesel e querosente).

2 Materiais e Métodos Materiais e reagentes Argila Chocolate A - Bentonisa Sal quaternário de amônio (Praepagen) - Clariant Sal quaternário de amônio (Dodigen) - Clariant Carbonato de Sódio (Na 2 CO 3 ), Merck Água destilada Vidrarias Agitador mecânico Balança analítica, Marte Al 200 C Bomba a vácuo, Quimis O 355 B Papéis de filtro Peneira (200 mesh), Endecotts Métodos Foi utilizada uma amostra de argila denominada Chocolate A. A argila foi desagregada, moída e passada em peneira ABNT Nº 200 (abertura de 0,005mm) foi sendo adicionada lentamente e sob agitação mecânica constante, em Becker de vidro contendo 768mL de água destilada, até a obtenção de uma dispersão aquosa à concentração de 4% em peso de argila,após a dispersão o material permaneceu em constante agitação por 20 minutos. Em seguida, foi acrescentada à dispersão aquosa, uma solução de carbonato de sódio concentrado a 20%, sob agitação constante e aquecimento até 95 C, tornando assim a amostra na forma mais sódica possível. Após a troca catiônica e resfriamento natural da dispersão foi acrescentado aos poucos o sal quaternário de amônio na proporção de 100 meq/100g de argila, após adição completa do sal 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 para ser retirado o excesso de sal. Ao término da filtração, os sólidos obtidos foram seco em estufa a 60ºC ± 5ºC por 24 horas e caracterizado. Difração de Raios-X: Difração de Raios-X (DRX) As argilas organofílicas obtidas foram peneiradas em malha ABNT nº 200(abertura de 0,005mm) até que fosse obtido uma porção na forma de pó em seguida foi acondicionada em suporte de alumínio. Os dados foram coletados utilizando um difratômetro Shimadzu XRD-6000 com radiação CuKα, tensão de 40 KV, corrente de 30 ma, a velocidade do goniômetro foi de 2º/min., tamanho do passo de 0,020 em 2θ e tempo por passo de 1,000s,com ângulo 2θ percorrido de 2 a 50º. Capacidade de adsorção: 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 adicionando 1 g da argila a cada cesta, essas cestas foram transferidas para um Becker contendo cerca de 2 cm em profundidade dos solventes a serem testados, as cestas contendo a argila permaneceram em repouso sobre o solvente durante 15 minutos. Após o tempo decorrido, deixou-se escorrer o excesso por 15 segundos Em seguida foi pesado novamente o conjunto (cesta + argila). O

3 teste de capacidade de adsorção avalia a afinidade da argila com solventes orgânicos. Esse teste foi aplicado às argilas Chocolate A : sem tratamento e organofílicas, o mesmo procedimento foi realizado em triplicata visando obter resultados mais precisos. Os resultados da capacidade de adsorção foram apresentados em gramas de solvente adsorvido por grama de argila. A quantidade de solvente adsorvida foi calculada a partir da seguinte equação: Ad = (P 1 P 2 ) Onde: P 1 = peso do material adsorvido. P 2 = peso do material adsorvente seco. A d = eficiência da adsorção para o adsorvente testado. Resultados e Discussão Difração de Raios-X Os resultados da análise de difração de Raios-X das amostras da argila Chocolate A natural e organofílica estão dispostos na Figura 1. FIGURA 1: Difratogramas das amostras das argilas: (A) Chocolate A natural; (B) Chocolate A Praepagen; (C) Chocolate A Dodigen, respectivamente. De acordo com a Figura 1A é possível verificar que a argila Chocolate A natural representa o grupo da esmectita onde o qual corresponde a distância basal (d 001 ) de 15,63 Å. Observa-se também, outros picos correspondentes ao mineral não-esmectítico: quartzo (Q). A Figura 1B mostra que o tratamento da argila natural com o sal quaternário de amônio cloreto de distearil dimetil amônio (Praepagen), na proporção de 100meq/100g de argila, evidencia a introdução dos cátions quaternários nos espaçamentos interlamelares,ou seja a introdução do sal aumenta expressivamente a distância basal (d 001 ) passando de 15,63 Å para 19,72 Å. Com relação a Figura 1C (amostra de argila tratada com o sal quaternário de amônio cloreto de alquil dimetil benzil amônio Dodigen), houveram modificações significativas na distância basal,o que caracteriza a presença das moléculas dos cátions quaternários de amônio, além disso apresenta pico característico com distância basal(d 001 ) igual a 24,46 Å.[7]

4 Capacidade de adsorção Capacidade de Adsorção(g do adsorvido/g do material solvente) 4,316 6,815 6,002 5,043 4,198 2,578 1,002 1,087 1,203 Natural PRAEPAGEN DODIGEN Gasolina Diesel Querosene FIGURA 2 - Capacidade de adsorção da argila Chocolate A : natural e organofílicas. Os solventes orgânicos empregados nesses testes foram: gasolina, óleo diesel e querosene. Os resultados referentes à adsorção para as amostras argila Chocolate A : natural e organofílicas estão apresentados na FIG. 2. A partir dos resultados de capacidade de adsorção da argila Chocolate A sem tratamento e organofilizada com os sais quaternários de amônio em diferentes solventes orgânicos (gasolina, diesel e querosene), 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. De acordo com os dados obtidos (FIG.2) foi possível observar que a argila Chocolate A natural obteve um melhor desempenho no solvente Querosene (1,203). A argila tratada com Praepagen apresenta uma elevada capacidade de adsorção em óleo Diesel quando comparada com os solventes gasolina e querosene. A argila organofilizada com o sal orgânico Dodigen apresentou melhor resultado para o solvente gasolina quando comparado aos solventes diesel e querosene, evidenciando a influência das características dos sais orgânicos. Conclusões O processo de organofilização à que a argila Chocolate A foi submetida mostrou: Mudanças significativas nos valores das distâncias interplanares da esmectita, observadas a partir da Difração de Raios X. A argila Chocolate A sem tratamento apresenta uma distância basal de 15,63 Å., a modificada com a incorporação do sal Dodigen, o valor da distância aumenta para 24,46 Å, e a tratada com o sal Praepagen, a distância aumenta para 19,72 Å, confirmando assim a eficiência da intercalação dos sais quaternários de amônio. O teste de capacidade de adsorção comprovou a melhor eficiência da argila Chocolate A organofílizada com os sais quaternários de amônio (Dodigen e Praepagen) em relação à argila na sua forma sem tratamento, independente do solvente utilizado.

5 Agradecimentos Os autores agradecem a CAPES e ao CNPq pela concessão de bolsas e a Petrobras pelo auxílio financeiro. Referências [1] A. P. Chagas, Argilas: as essências da terra, Editora Moderna, S. Paulo (1996). [2] SOUZA SANTOS, P., Ciência e Tecnologia de Argilas, V. 1, 2a Ed., Ed. Edgard Blücher Ltda, [3] A. S. Filho, Diss. Mestrado, Universidade Estadual de Campinas (1998). [4] C. P. F. Santos, D. M. A. Melo, M. A. F. Melo, E. V. Sobrinho, Cerâmica 48, 308 (2002)178. [5] Mota, M. F.; Silva, J. A.; Silva, V. J.; Silva, F. M.; Rodrigues, M. G. F.; Síntese e caracterização de argila organofílica a partir da argila verde-lodo in natura, 54º Congresso Brasileiro de Cerâmica, 2010, Brasil [6] 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 , [7] 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 , 2004.