Síntese, caracterização e aplicações de argilas aniônicas do tipo hidrotalcita

Abstract

Neste trabalho foram sintetizadas argilas aniônicas do tipo hidrotalcita com diferentes cátions e ânions pelos métodos de co-precipitação a pH variável e substituição do ânion interlamelar a partir de um precursor previamente calcinado. Os materiais obtidos foram caracterizados através das técnicas de difração de raios X, adsorção de nitrogênio para determinação de área superficial específica, termogravimetria e espectroscopia na região do infravermelho. As argilas aniônicas sintetizadas foram: hidrotalcita, hidróxidos duplos lamelares contendo permanganato, glutamato, cromato, ftalato e hexanitrocobaltato como ânions interlamelares e argilas aniônicas contendo Zn-Al-CO3 e Mg-Fe-CO3. A propriedade conhecida como efeito de memória foi investigada expondo-se ao ar amostras da hidrotalcita submetida a tratamento térmico em 450 e 700 °C. Através de espectroscopia na região do infravermelho observou-se que essas amostras absorveram a umidade e CO2 do ar recuperando a estrutura da hidrotalcita. O processamento a altas pressões foi utilizado no estudo da evolução estrutural da hidrotalcita, usando-se pressões de 2,5; 4,0; 6,0 e 7,7 GPa, e através das análises de difração de raios X e termogravimetria observou-se uma redução no espaçamento basal e que ocorreu fechamento dos poros nas amostras pressionadas. Foram utilizados também meios transmissores de pressão com diferentes hidrostaticidades para se verificar possível amorfização do material e que resultaram na redução no espaçamento basal e variações nas intensidades relativas quando o material estava na forma compacta. Na forma triturada os materiais reproduziram as intensidades relativas da hidrotalcita a pressão atmosférica sendo mais significativa no material em meio mais hidrostático. Não se observou amorfização do material em nenhum dos meios empregados. Estudos com a hidrotalcita e o material resultante do tratamento térmico em 450, 650 e 850 °C também foram realizados em uma única pressão (4,0 GPa) para que fosse investigada a variação na área superficial específica destes materiais. A influência da alta pressão sobre o efeito de memória também foi verificada. Amostras de hidrotalcita e do material tratado termicamente foram pressionadas em 2,5 e 7,7 GPa e, na forma compacta e triturada, ficaram expostas ao ar e em contato com água. As amostras pressionadas foram prejudicadas em seu efeito de memória. Dentre as possíveis aplicações da hidrotalcita foi realizado o estudo de adsorção dos íons cromato e permanganato, dos corantes azul de metileno e vermelho congo e também a clarificação de um efluente real de indústria têxtil. As isotermas de adsorção foram analisadasaplicando-se os modelos de Langmuir e Freundlich. Os estudos mostraram que corantes aniônicos são mais facilmente adsorvidos que os demais corantes e que as argilas calcinadas apresentam maior capacidade de adsorção. Tanto a argila, quanto o material calcinado obtiveram bom desempenho na redução da cor do efluente industrial.

In this work, anionic clays, also called hydrotalcite-like compounds with different cations and anions, were synthesized by two methods: coprecipitation with variable pH and substitution of interlayer anion from a sample previously calcined. The obtained materials were characterized through the techniques of X-ray diffraction, nitrogen adsorption for determination of specific surface area, thermogravimetry and infrared spectroscopy. The anionic clays synthesized were: hydrotalcite, layered double hydroxides containing permanganate, glutamate, chromate, phthalate and hexanitrocobaltate as interlayer anion and anionic clays containing Zn-Al-CO3 and Mg-Fe-CO3. The property known as memory effect has been investigated exposing to air samples of the hydrotalcite submitted to thermal treatment in 450 and 700 °C. By infrared spectroscopy it was observed that these samples had absorbed humidity and CO2 from the air, having recouped the structure of the hydrotalcite. The processing at high pressures 2.5; 4.0; 6.0 and 7.7 GPa was used for the study of the structural evolution of the hydrotalcite. The analyses by X-ray diffraction and thermogravimetry showed a reduction in the basal spacement and the closing of the pores in the pressured samples.Pressure-transmitting media with different hydrostaticity were also used to verify a possible amorphization of the material they resulted a reduction in the basal spacement and variations in the relative intensities when the material was in the compact form. In the triturated form the materials had reproduced the relative intensities of the hydrotalcite at atmospheric pressure being more significant in the medium material with more hydrostaticity. The hydrotalcite and the material produced by thermal treatment at 450, 650 and 850 °C had been also carried through at pressure of 4,0 GPa in order to investigate the variation in the specific surface area of these materials. The influence of the high pressure on the memory effect was also verified. Samples of hydrotalcite and the thermal treated material were pressed at 2.5 and 7.7 GPa. After that, the compact and the triturated form, were exposed to air and placed contact with water. The pressed samples had been partially lost its effect of memory. Among the possible applications of the hydrotalcite it was investigated the adsorption of ions chromate and permanganate, and the adsorption of methylene blue and congo red dyes. The clarification of an effluent of textile industry was also performed. The adsorption isotherms were analyzed using the models of Langmuir and Freundlich. The studies showed that anionics dyes were more easily adsorved than the others dyes and that calcined clays showed greater adsorption capacity.