Síntese hidrotérmica de zeólitas sem direcionadores orgânicos de estrutura a partir de cinza de casca de arroz sem pré-tratamento

Abstract

A pesquisa visando o aproveitamento de resíduos industriais e agrícolas em produtos de interesse comercial exerce um papel cada vez mais relevante no mundo, que tem no agronegócio uma fonte de renda cada vez maior. As cinzas da casca do arroz (CCA), um resíduo da indústria do arroz, possuem alto teor de sílica. O presente estudo investiga o uso potencial de CCA como fonte alternativa de sílica para a síntese de zeólitas, sem o uso de agentes direcionadores orgânicos de estrutura e sem qualquer tratamento prévio nas cinzas. Utilizou-se CCA obtidas de dois diferentes processos de queima, com grelha (CCA01) e em leito fluidizado (CCA02). Foram estudadas diferentes condições de síntese hidrotérmica, utilizando tempos de reação de 12, 24 e 48 h, temperaturas de 120, 150 e 180 °C e concentrações de NaOH de 1 e 2 M. Para a caracterização das cinzas foram realizados ensaios de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise de área superficial específica, calculada pelo método de BET (Brunauer, Emmett, Teller), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e avaliação da distribuição granulométrica. Verificou-se que a cinza obtida por combustão em grelha (CCA01) apresentou menor quantidade de sílica e uma maior área superficial em relação a cinza obtida por combustão em leito fluidizado (CCA02). Os materiais zeoliticos sintetizados foram caracterizados por difração de raios X (DRX), área superficial BET, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e capacidade de troca catiônica (CTC). De acordo com as análises de DRX e MEV dos materiais sintetizados nas diferentes condições, foi confirmada a presença de zeólitas analcima, sodalita, zeólita P, zeólita A e zeólita Y com áreas superficiais específicas variando de 1,3 a 99,4 m² g-¹ e capacidade de troca catiônica variando de 3,19 a 3,82 meq g-¹. Em relação aos ensaios de adsorção, os resultados deste estudo demonstram que as cinzas de casca de arroz, obtidas de dois processos diferentes de queima, apresentam potencial para serem utilizadas como um adsorvente de baixo custo para a remoção do corante azul de metileno. Os materiais zeolíticos sintetizados também apresentaram boa capacidade de adsorção do corante, sendo que a zeólita ZG17, proveniente da CCA01, apresentou melhor eficiência, alcançando 92 % de remoção e capacidade de adsorção de 20,67 mg g-¹.

The research aiming at the use of industrial and agricultural residues in products of commercial interest plays an increasingly important role in the world, which has a growing source of income in agribusiness. Rice husk ash (RHA), a residue from the rice industry, has a high silica content. The current study investigates the potential use of RHA as an alternative source of silica for the synthesis of zeolites, without the use of organic structure directing agent and without any previous treatment. It was used RHA obtained from two different burning processes, with grill grate (CCA01) and in fluidized bed (CCA02). Different hydrothermal synthesis conditions were studied, using reaction times of 12, 24 and 48 h, temperatures of 120, 150 and 180 °C and concentrations of NaOH of 1 and 2 M. For the characterization of the ashes were carried out diffraction tests of X-ray fluorescence (FRX), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), specific surface area analysis, calculated by the BET (Brunauer, Emmett, Teller) method, scanning electron microscopy (SEM) and granulometric distribution evaluation. It was verified that the ash obtained by the combustion on the grill grate (CCA01) presented smaller amount of silica and a greater surface area compared to the ash obtained by combustion in fluidized bed (CCA02). The synthesized zeolitic materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), BET surface area, scanning electron microscopy (SEM) and cation exchange capacity (CTC). According to the XRD and SEM analyzes of the materials synthesized under the different conditions, the presence of analcime, sodalite zeolite, zeolite P, zeolite A and zeolite Y with surface areas ranging from 1.3 to 99.4 m² g-¹ and cation exchange capacity ranging from 3.19 to 3.82 meq g-¹. Regarding the adsorption tests, the results of this study demonstrate that the rice hull ash obtained from two different burning processes has the potential to be applied as a low cost adsorbent for the removal of the methylene blue dye. The zeolite materials were also able to adsorb the dye, and the zeolite ZG17, from CCA01, showed better efficiency, reaching 92 % removal and adsorption capacity of 20.67 mg g-¹.