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Previous issue date: 2013 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este estudo avalia o uso de argila do Estado do Acre de natureza esmectítica (argila original)
como precursora na síntese de PCHs (Porous Clay Heterostructure) e na
organofuncionalização com mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTS-Arg) e aplicabilidade
desses materiais como adsorventes de fenol, benzeno e tolueno em fase líquida. A síntese de
PCHs envolve as seguintes etapas: preparação de organoargila com hexadeciltrimetilamônio
(HDTMA-Argila); aumento do espaçamento basal (d001) da organoargila usando o cosurfactante
octilamina e adição concomitante de uma fonte de Si, como o tetraetilortosilicato
(TEOS); lavagens com etanol em HCl, secagem a 60 o C (PCH-60 A e B); calcinação a 500 o
C e 700 º C (PCH 500 A/B e PCH 700), com a remoção do surfatante/co-surfactante e
consequente substituição destas substâncias orgânicas por prótons que permanecem nas
paredes das galerias de pilares de SiO2 até novo tratamento porventura realizado no PCH. O
material MPTS-Arg foi obtido a partir da intercalação de mercaptopropiltrimetoxisilano na
argila original sob agitação durante 1 h (Arg-MPTS 1) e na argila original previamente tratada
com HCl 1 mol L-1 e sob agitação durante 2 h (Arg-MPOS 2). Os materiais (argila original,
HDTMA-Argila, PCH-60, PCH-500/700 e MPTS-Arg) foram caracterizados por difração de
raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura acoplado a espectroscopia de raios X por
dispersão de energia (MEV/ EDS), espectroscopia de absorção molecular IV com
transformada de Fourier (FTIR), técnicas de análises térmicas (DTA_TG) e análises texturais,
como as medidas de área superficial específica (ASEBET, ASELangmuir), volume total de poros
(VTP) e diâmetro médio de poros (DMP). Caracterização complementar por ressonância
nuclear magnética no estado sólido acoplada a espectrometria de massa (RMN-M AS) foi
realizada para o PCH-500 A. Nos experimentos de adsorção de fenol, benzeno e tolueno
foram utilizadas suspensões aquosas dos adsorventes contendo separadamente os adsorvatos.
As concentrações de equilíbrio de fenol, tolueno e benzeno foram medidas por espectroscopia
de absorção molecular na região ultravioleta, conforme método aceito e aplicado em outros
estudos de adsorção. Foram obtidos os seguintes resultados: identificação do argilomineral
esmectita na argila natural com espaçamento basal de 1,25nm; intercalação do HDTMA e do
MPTS com expansão do d(001) para 1,95nm (HDTMA-Arg 5) e 2,1nm (MPTS-Argila 1h).
Após a modificação observou-se através da análise de EDS um decréscimo das concentrações
dos elementos Na, Si e Al (%) nas posições interlamelares e aumento na concentração de C. O
espectro 29Si MAS NMR do PCH-500 A apresentou sinais químicos dos centro Q3
Si(OSi)3OH e Q4 Si(OSi)4 que indicam a formação de sílica em sua estrutura. Os PCHs (60 e
500 A) foram classificados como mesoporosos, apresentando ASEBET entre 417 a 446 m2 g-1 e
volume total de poros (cm3 g-1) = 0,367 - 0,369. O aumento da temperatura de calcinação do
PCH 500 para 700 o C (PCH 700) propiciou decréscimos em SBET (305 m2 g-1) e diâmetro
médio de poros (0.976 nm). Foi verificado a partir da avaliação das medidas dos diâmetro de
poros em PCH 700 que 46% das medidas correspondem a microporos. No estudo do
equilíbrio de adsorção foram obtidos os valores de KL (L mg-1), KF (L mg-1) e qMax (mg g-1)
nos seguintes processos: (i) adsorção de fenol (1.40; 2.26 e 3.80) e tolueno (145, 7.18 e 135)
em PCH-500 A; (ii) adsorção de benzeno (0.33, 41.49 e 69.81) em PCH 500 B; (iii) na
adsorção de tolueno em argila-MPOS 1 (1.06, 118.9 e 146) e argila-MPOS 2 (2.1, 92 e 97);
(iv) na adsorção de fenol (0.07, 0.48 e 4.44) e benzeno (0.11, 4.95 e 35.8) em HDTA-Arg 5,
respectivamente. Os dados obtidos sobre a caracterização dos materiais indicaram que a
formação dos PCHs propiciou grande aumento nas concentrações de Si e decréscimo nas
concentrações de Al, Fe e outros elementos, devido à delaminação- exfoliação da esmectita
original. Foi verificado que os materiais são mais adequados para adsorção de tolueno e
benzeno do que fenol. / This study evaluates the use of smectite from Acre/Brazil as a precursor in the synthesis of
Porous Clay heterostructure and organofunctionalization with
mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS-Arg) and applicability of these materials as
adsorbents for phenol, benzene and toluene in the liquid phase. The synthesis of PCH
involves the following steps: preparation of organoclay with hexadecyltrimethylammonium
(HDTMA-clay); it increases the basal spacing (d001) of organoclay using the co-surfactant
octylamine and concomitant addition of a source of Si, such as tetraethylorthosilicate (TEOS)
, washing with HCl in ethanol and drying at 60 º C (PCH-60 A and B); calcination at 500 ° C
and 700 ° C (PCH 500 A /B and PCH 700) by removing the surfactant / co-surfactant and
subsequent replacement of these organic substances by protons that remain on the walls of
galleries SiO pillars to new treatment perhaps held at PCH. The material MPTS-Arg was
obtained from the intercalation of the original clay with mercaptopropiltrimetoxisilano stirring
for 1 h (MPTS Arg-1) and the original clay pre-treated with HCl 1 mol L-1 and stirred for 2 h
(Arg-MPOS 2).The materials (clay original HDTMA-Clay, PCH-60, Arg-PCH-500/700 and
MPTS) were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy
coupled to X-ray spectroscopy and energy dispersive (SEM / EDS), molecular absorption
spectroscopy with Fourier transform IR (FTIR), thermal analysis techniques (DTA_TG) and
textural analyzes, such as specific surface area measurements (ASE BET, ASELangmuir), total
pore volume (TPV) and average pore diameter (APD). Additional characterization by nuclear
magnetic resonance in solid coupled to mass spectrometry (NMR-MAS) was conducted for
the PCH-500 A. In the experiments adsorption of phenol, benzene and toluene were used
aqueous suspensions containing adsorbents of the separately adsorbates. The equilibrium
concentrations of phenol, toluene and benzene were measured by molecular absorption
spectroscopy in the ultraviolet region, as accepted method is applied in other adsorption
studies. We obtained the following results: identification of smectite clay minerals in natural
clay with basal spacing of 1.25 nm; intercalation of HDTMA and MPTS with expansion of d
(001) to 1.95 nm (HDTMA-Arg 5) and 2.1 nm (MPTS Clay-1h). After modification was
observed by EDS analysis a decrease of the concentrations of elements Na, Si and Al (%) and
the increase in interlayer positions concentration C. The 29Si MAS NMR spectrum of the PCH
A-500 showed signs of chemical center Q3 Si (OSi)3OH and Q4 Si(OSi)4 indicate that the
formation of silica in its structure. The PCHs (60 and 500 A) were classified as mesoporous,
with ASE BET between 417-446 m2 g-1 and total pore volume (cm-3 g-1) = 0.367 to 0.369.
Increasing calcination temperature of 500 to 700º C PCH (PCH 700) provided decrease in
SBET (305 m2 g-1) and average pore diameter (0976 nm). It was found from the evaluation of
the measures of pore diameter at 700 PCH that 46 % of the measurements correspond to
micropores. The adsorption process obtained values for KL (mg L-1) , KF (mg L-1) and qmax (mg g-1) in the following cases : (i) adsorption of phenol (1.40, 2.26 and 3.80) and toluene
(145, 18.7 and 135) in the PCH- 500 , (ii) adsorption of benzene (0.33 , 41.49 and 69.81) in
PCH 500 B (iii) in toluene adsorption MPTS-Argila 1h (1.06 , 118.9 and 146) and MPTSArgila
2h (2.1 , 92 and 97) , (iv) adsorption of phenol (0.07, 4.44 and 12.48 ) and benzene
(12.11, 4.95 and 35.8) in HDTMA-Arg 5, respectively. The data on the characterization of
the materials indicated that the formation of PCH caused a large increase in the concentrations
of Si and decrease in the concentrations of Al, Fe and other elements due to delamination -
exfoliation of smectite original. It was verified that the materials are most suitable for the
adsorption of toluene and benzene to phenol.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/6343 |
| Date | 18 December 2013 |
| Creators | SANTOS, Sheila Silva dos |
| Contributors | LEMOS, Vanda Porpino |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica, UFPA, Brasil, Instituto de Geociências |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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