AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE ADSORTIVA DE MATERIAL ZEOLÍTICO PROVENIENTE DA REGIÃO OCIDENTAL DE CUBA – ENSAIOS PRELIMINARES
leonardovilarinho
leonardovilarinho15 de Abril de 2015

AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE ADSORTIVA DE MATERIAL ZEOLÍTICO PROVENIENTE DA REGIÃO OCIDENTAL DE CUBA – ENSAIOS PRELIMINARES

DOCX (322.4 KB)
8 páginas
629Número de visitas
Descrição
AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE ADSORTIVA DE MATERIAL ZEOLÍTICO PROVENIENTE DA REGIÃO OCIDENTAL DE CUBA – ENSAIOS PRELIMINARES
20pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 8
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo

AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE ADSORTIVA DE MATERIAL ZEOLÍTICO

PROVENIENTE DA REGIÃO OCIDENTAL DE CUBA – ENSAIOS PRELIMINARES

R. S. de OLIVEIRA1, L. V. ANTUNES JUNIOR1, F. J. M. GARCIA2, E. A. HILDEBRANDO3.

Faculdade de Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará – Folha 17, Quadra 04, Lote Especial, Marabá-PA, CEP: 68505-080

E-mail: rafa_souza-20@htomail.com 1. Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará - UNIFESSPA

2. Laboratório de Matérias-Primas Particuladas e Sólidos Não Metálicos - Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – PMT/USP

3. Laboratório de Materiais Cerâmicos - Faculdade de Engenharia de Materiais - Universidade Federal do Pará - UFPA

RESUMO Zeólitas são aluminossilicatos cristalinos microporosos, de origem natural ou

sintética, estruturados em redes cristalinas tridimensionais bem definidas, compostas

de tetraedros de SiO4 e AlO4. A estrutura das zeólitas apresenta canais e cavidades

interconectadas de dimensões moleculares que propiciam seu uso como material

adsorvente. Assim, neste trabalho, o material zeolítico proveniente da região

ocidental de Cuba foi caracterizado por difração de raios X, microscopia eletrônica

de varredura e análises térmicas, sendo em seguida avaliado qualitativamente

quanto à capacidade de adsorção por azul de metileno em sistema descontínuo. Os

resultados indicam que o material é constituído principalmente por zeólita do tipo

clinoptilolita e que o mesmo apresenta boa capacidade adsortiva para concentrações

de até 200 mg/L de azul de metileno, demonstrando assim, ter potencialidade para

ser utilizado como uma alternativa para a remoção de corantes de solução aquosa

no tratamento de efluentes industriais.

Palavras-chave: zeólitas; azul de metileno; adsorção.

INTRODUÇÃO

As zeólitas foram descobertas em 1756 por um mineralogista sueco Freiherr

Axel Frederick Cronstedt, que denominou o grupo de minerais a partir das palavras

gregas “zeo” (ferver) e “líthos” (pedra), ou seja, “pedras que fervem”, devido a sua

característica peculiar de liberar bolhas ao serem imersas em água. Somente em

1926 a propriedade de adsorção e o termo “peneira molecular” – referente à inserção

de pequenas moléculas e exclusão das maiores – foram atribuídos a um tipo de

zeólita denominada cabazita (1).

No final dos anos 50, mais de 2000 ocorrências distintas de zeólitas naturais

foram descobertas em mais de 40 países, e muitas aplicações industriais foram

desenvolvidas baseadas em sua gama de propriedades físico-químicas. De acordo

com PASSAGLIA & SHEPPARD (2001), existem 52 espécies de zeólitas distribuídas

em 38 tipos de estruturas diferentes e mais de 150 espécies já foram sintetizadas no

mundo todo (1).

Zeólitas, segundo a definição clássica, são aluminossilicatos cristalinos

hidratados de metais alcalinos ou alcalinos terrosos, que possuem estrutura aberta,

constituídas por tetraedros de sílica [SiO4]4- e alumina [AlO4]5-, ligados entre si por

átomos de oxigênio; no entanto, atualmente este conceito pode ser expandido a fim

de incluir um grande número de materiais que possuem estruturas semelhantes e

que apresentem em sua composição outros cátions além do Si e Al, tais como: B,

Ge, Fe, P, Co, Zn, etc. A estrutura das zeólitas apresenta rede tridimensional aberta,

ordenada em canais de dimensões moleculares formando microporos, podem

apresentar ainda em sua organização estrutural, um excesso de cargas negativas

em virtude da substituição isomórfica de Si4+ por Al3+. Estas características

proporcionam às zeólitas inúmeras aplicações podendo ser utilizada em processos

de adsorção, troca iônica e catálise.

Devido à grande uniformidade na composição e ao elevado teor de pureza, as

espécies de zeólitas sintéticas são comumente utilizadas como catalisadores,

enquanto as naturais, no tratamento de efluentes. Cabe ressaltar que o baixo custo

das zeólitas naturais tem proporcionado e estimulado o desenvolvimento de

sistemas de tratamento mais baratos. As principais aplicações das zeólitas estão

relacionadas às propriedades de troca iônica, catalítica e de adsorção seletiva de

gases e vapores, decorrentes do: 1) alto grau de hidratação, 2) baixa densidade e

grande volume de espaços vazios (quando desidratada); 3) alta estabilidade da

estrutura cristalina e 4) presença de canais de dimensões uniformes nos cristais

desidratados (1).

As principais zeólitas exploradas no mundo são a clinoptilolita, cabazita,

mordenita e phillipsita, sendo, provavelmente, a clinoptilolita a mais abundante de

todas as espécies de zeólitas (1).

A zeólita utilizada neste trabalho é natural do tipo clinoptilolita. Sua estrutura é

bidimensional e possui uma razão Si/Al próxima a 5, além de uma CTC (capacidade

de troca catiônica) de 2,3 meq/g. No entanto, estes valores podem variar bastante, já

que por ser natural, apresenta impurezas. Está compreendida no grupo 7 HEU das

heulandita, juntamente com a estilbita, brewsterita e barrerita. A Fig. 01 mostra a

estrutura citada.

Figura 01 - Estrutura da zeólita clinoptilolita (2).

Este trabalho analisou de uma forma qualitativa o potencial de adsorção da

zeólita em diferentes concentrações de azul de metileno que pode ser descrito como

um composto aromático heterocíclico, sólido, de coloração verde escuro, solúvel em

água, inodoro, com a fórmula molecular: C16H18ClN3S. Para efeito comparativo

utilizou-se amostras in natura, tratada termicamente e quimicamente, a fim de se

descobrir qual método apresentaria os melhores resultados de adsorção.

MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente foi preparada uma solução de azul de metileno com concentração

de 1000 ppm. A partir desta solução foram preparadas 4 outras soluções com

concentrações distintas: 25, 50, 100 e 200 ppm, feitas em balões volumétricos de

200 mL. Foi então retirado cerca de 20 mL de cada concentração e transferido para

tubos de ensaios, logo após pesou-se uma alíquota de 2 mg de zeólita in natura e

adicionou-se aos tubos de ensaio. O mesmo foi feito para a zeólita tratada

termicamente e quimicamente. Observou-se os resultados após 24 horas dos testes

executados.

O tratamento térmico realizado com a zeólita foi feito a uma temperatura de 300

°C, por um período de 2 horas, onde a mesma permaneceu dentro do forno até

atingir temperatura ambiente. Para realização do tratamento químico foi preparada

uma solução de ácido clorídrico 0,1 M. A zeólita então foi dissolvida na solução por

um período 3 horas com auxílio de um agitador magnético. Logo após foi filtrada em

papel filtro semianalítico até alcançar pH neutro e posta para secar em estufa por

aproximadamente 4 horas em temperatura de 80 °C.

Após análise qualitativa, foi realizada a centrifugação de todas as amostras

para uma melhora dos resultados. As amostras in natura e as tratadas termicamente

foram centrifugadas por 10 minutos a 1500 rpm, enquanto as tratadas quimicamente

foram centrifugadas com a mesma rotação, mas por um tempo de 15 minutos.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A análise mineralógica da zeólita de origem cubana por difração de raios X,

vista na Fig. 02 indica que esta é constituída principalmente do argilomineral

clinoptilolita, encontrando-se também modernita, quartzo e calcita como minerais

secundários.

Figura 02 - DRX da amostra de zeólita.

Foi possível observar que o primeiro pico é da modernita, seguido de um maior

pico da clinoptilolita e também verificou-se uma grande concentração em maior parte

dos picos de clinoptilolita e modernita.

A Fig. 03 apresenta as curvas da análise termogravimétrica (TGA) e

termogravimétrica diferencial (DTA).

Figura 03 - Gráfico TGA e TODA da zeólita.

É possível identificar a perda de umidade da amostra e perda de água

estrutural em cerca de 580 °C. Em temperaturas acima de 750 °C a clinoptilolita

sofre contração e se torna amorfa, quando atingir 1300 °C começa a se degradar.

Análises da zeólita in natura.

Foi possível observar que as amostras com a zeólita in natura tiveram

resultados satisfatórios no estudo de adsorção do azul de metileno. Pode-se

observar que as concentrações de 25 e 50 ppm não apresentaram boa adsorção,

diferente das amostras de 100 e 200 ppm que alcançaram um resultado bastante

interessante. A Fig. 04 (A) e 04 (B) mostram os resultados da adsorção em

comparação com as diferentes concentrações das soluções. A Fig. 05 exibe as

amostras após a centrifugação, essa etapa acentuou a adsorção da zeólita

melhorando assim os resultados analisados.

Figura 04 - (A) Amostras após adsorção de 24 horas. (B) Concentrações de azul de metileno 200, 100, 50 e 25 ppm.

Figura 05 - Amostras após centrifugação

Análises da zeólita tratada termicamente

As amostras contendo a zeólita tratada termicamente foram as que

apresentaram melhores resultados nos estudos realizados em adsorção. Analisou-se

que as amostras de baixa concentração não tiveram bons resultados como a in

natura, em relação às de 100 e 200 ppm, que adsorveram bastante azul de metileno.

A Fig. 06 (A) apresenta as amostra e os resultados já discutidos e a Fig. 06 (B)

mostra o resultado destas após centrifugação.

Figura 06 – (A) Amostras tratadas termicamente após adsorção de 24 horas. (B) Amostras após centrifugação

Análises da zeólita tratada quimicamente

As amostras contendo a zeólita tratada quimicamente com ácido clorídrico 0,1

M tiveram resultados satisfatórios, porém não foram melhores que os testes

realizados com a zeólita tratada termicamente, principalmente nas concentrações de

25 e 50 ppm. Mesmo após o processo de centrifugação que, diferente dos

anteriores, foi prolongado por mais 5 minutos não modificou muito o resultado obtido.

(B)A

A Fig. 08 (A) mostra o resultado da adsorção após 24 horas e a Fig. 08 (B) mostra os

resultados obtidos após centrifugação.

Figura 08 – (A) Amostras após tratadas quimicamente após adsorção de 24 horas.

(B) Amostra após centrifugação

CONCLUSÕES

Pode-se concluir que o uso de zeólitas do tipo clinoptilolita in natura, tratadas

térmica e quimicamente, alcançaram bons resultados principalmente após a

centrifugação e, assim, podem ser utilizados como adsorventes.

Definindo uma ordem com os melhores resultados tem-se a zeólita: tratada

termicamente, in natura e tratada quimicamente. Seria interessante uma análise dos

testes químicos mais aprofundada utilizando outros ácidos como o sulfúrico e nítrico

ou até mesmo com o clorídrico, mas com uma concentração superior a que foi

estudada neste trabalho, de forma comparativa a fim de descobrir qual concentração

aumentaria seu potencial adsorvente.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. SHINZATO, Miriam.C. Remoção de metais pesados em solução por zeólitas

naturais: Revisão crítica. Revista do Instituto Geológico, p. 65-78, São Paulo,

2007.

2.MELO, C. R., RIELLA H. G.Síntese de zeólita tipo NaA a partir de caulim para obtenção de zeólita 5A através de troca iônica.Cerâmica, v.56 n.340 São Paulo Oct./Dec. 2010 3. BARROS, M. A. S. D. et al. Remoção de CR3+ de efluentes industrias e

sintéticas por ação de clinoptilolita de ocorrência natural. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química,

Universidade Estadual de Maringá, UEM, Maringá, 1996.

4. RIGO, R.T., PERGHER, S.B.L., PETKOWICZ, O.I.,SANTOS, J.H.Z. Um novo

procedimento de Sintese de zeólita A empregando argilas naturais.Química Nova, v. 32, n. 1, p. 21-25, 2009.

5. SOUZA, Karine.C. Avaliação da capacidade da remoção de metais por zeólitas e diatomitas em solução simuladora e drenagem ácida de mina. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) – Programa de Pós-graduação em

Ciências Agrárias, Universidade do Estado de Santa Catarina, Lages, 2010.

6. SANTOS,T.A., BIESENKI, L., PAIVA, M.M., PERGHER, S.B.C., OLIVEIRA,

R.M.P.B. Síntese de zeólita A utilizando o caulim do nordeste do Pará. In:

CONGRESSO ABM – INTERNACIONAL, 67., 2012, Rio de Janeiro. Anais. Rio de Janeiro, 2012, p. 1958-1968.

EVALUATION OF ADSORPTIVE CAPACITY OF ZEOLITIC MATERIAL FROM THE

WESTERN REGION OF CUBA - PRELIMINARY TESTS

ABSTRACT

Zeolites are microporous crystalline aluminosilicates of natural or synthetic origin,

structured into well-defined three-dimensional lattices made up of SiO4 and AlO4

tetrahedrons. The structure of zeolites has interconnecting channels and cavities of

molecular dimensions that enable its use as an adsorbent material. In this paper,

zeolite material from the western region of Cuba was characterized by X-ray

diffraction, scanning electron microscopy and thermal analysis, and then assessed

qualitatively as the adsorption capacity for methylene blue in a discontinuous system.

The results indicate that the material consists mainly of zeolite of the clinoptilolite

type and that it has good adsorptive capacity for concentrations up to 200 mg/L of

methylene blue, thus demonstrating that it has potential to be used as an alternative

for the removal the dye of aqueous solution in the treatment of industrial effluents.

Key–words: zeolites; methylene blue; adsorption.

comentários (0)
Até o momento nenhum comentário
Seja o primeiro a comentar!
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome