PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA

PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA BRASILEIRA UTILIZANDO SAL
QUATERNÁRIO DE AMÔNIO
Aline C. L. Patrício¹*, Wellington S. Lima1, Marcilio M. da Silva1, Mariaugusta F. Mota¹, Meiry G.
F. Rodrigues¹
¹UFCG/CCT/UAEQ/LABNOV Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP 58.109-970, Campina
Grande – PB, Brasil.
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RESUMO
A preparação das argilas organofílicas foi realizada através do método direto, partindose da argila natural Brasgel, utilizando o sal quaternário de amônio Dodigen, A argila sem
tratamento e com tratamento (organofilizadas) foram caracterizadas através das técnicas:
Difração de Raios X (DRX), Análises Térmica Diferencial (ATD) e análise Termogravimétrica
(TG). Através dos resultados de DRX foi observado a efetiva intercalação dos sais quaternários
de amônio. A presença de água nos espaços interlamelares das argilas, foi confirmada por
Análises Térmica Diferencial e Termogravimétrica.
Palavras Chaves: Argila Brasgel, Difração de Raio X, Análises Térmicas
INTRODUÇÃO
A argila é um material naturalmente, terroso, de granulação fina, que comumente
adquire, plasticidade quando umedecido em água, quimicamente as argilas são formadas
essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio (5).
Argilas organofílicas são argilas que contém moléculas orgânicas intercaladas entre as
camadas estruturais. A inserção de moléculas orgânicas faz com que ocorra expansão entre os
planos d(001) da argila, e muda sua natureza hidrofílica para hidrofóbica ou organofílica (2).
Estas por sua vez proporcionam uso crescente nas diversas áreas tecnológicas, sendo
amplamente utilizadas na adsorção e retenção de resíduos industriais perigosos e
contaminantes sólidos, tratamento de efluentes industriais, em tanques de óleo ou gasolina, no
refino de petróleo, em revestimento de aterros (6), bem como em fertilizantes, catalisadores,
adsorventes, cargas para polímeros e elastômeros, papel, etc. (4).
MATERIAIS E MÉTODOS
A argila denominada Brasgel foi fornecida pela empresa Bentonit União Nordeste
(BUN). O sal quaternário de amônio Cloreto de alquil dimetil benzil amônio (Dodigen), foi
fornecido pela empresa Clariant.
Metodologia : Inicialmente a argila Brasgel natural foi desagregada, moída e passada em
peneira malha 200 mesh (abertura 0,005 mm), em seguida preparou-se uma dispersão aquosa
à concentração de 4% em peso de argila (32g). Para transformar a argila policatiônica na forma
mais sódica possível foi necessário um tratamento com carbonato de sódio, sob agitação
constante e aquecimento até 95 ºC. Após resfriamento da dispersão, foi adicionado o sal
quaternário de amônio, agitando-se durante 30 minutos. Depois da agitação a dispersão foi
filtrada. O material foi lavado sucessivamente com 4 L de água destilada. Ao término da
filtração, o material obtido foi seco em estufa a 60 ± 5ºC por 24 horas e posteriormente levado
para caracterização (3).
Difração de Raios X (DRX) - No presente trabalho os materiais foram peneirados em malha
ABNT N° 200 (abertura de 0,075 mm), as amostras foram analisadas através do método de
varredura, empregando-se um difratômetro da marca Shimadzu XRD-6000 com radiação
CuKα, tensão de 40 KV, corrente de 30mA, com ângulo 2θ percorrido de 2° a 50º.
Análises Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD/TG) - As curvas térmicas foram
obtidas por meio de um equipamento de marca TA Instruments e modelo SDT Q600,
simultâneo de termogravimetria (TG) e de análise térmica diferencial (ATD), com uso de vazão
de 100ml/min. de ar, desde da temperatura ambiente até 1000ºC, utilizando uma razão de
aquecimento de 10ºC/min. Alfa alumina foi utilizada como material de referência para as
análises de ATD.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Difração de Raios-X
Os difratogramas das argilas Brasgel sem tratamento e organofílica estão apresentados
nas Fig. 1.
1400
1400
Brasgel sem tratamento
1300
1100
1000
1000
900
Intensidade (u.a.)
Intensidade (u.a.)
Brasgel-Dodigen
1200
Q
1100
Q
1300
1200
800
700
600
1,348
500
Q
400
900
800
600
Q
500
400
300
300
200
200
100
100
0
2,396
700
Q
0
0
5
10
15
20
25
30
2
35
40
45
50
55
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
2
FIGURA 1: Difratogramas das amostras das argilas: (A) Brasgel sem tratamento; (B)Brasgel
Dodigen, respectivamente.
De acordo com a Figura1 é possível verificar que a amostra da argila Brasgel sem
tratamento possui o pico característico do argilomineral esmectita, com uma espaçamento
basal (d001) de 1,348 nm (1) Após a introdução do surfactante os picos de difração identificam
um aumento do espaçamento basal de 2,396nm, confirmando a hipótese de que os cátions
orgânicos foram intercalados nos espaços interlamelares da argila.
Análises Térmicas (DTA e TG)
As curvas Análise Térmica Diferencial (ATD) e Análise Termogravimetria (TG) da argila
Brasgel natural e tratada com o sal quaternário de amônio Dodigen.
20
Brasgel natural ATD
Brasgel natural TG
100
-20
95
Perda de massa %
Diferença de temperatura
0
-40
-60
-80
90
85
-100
80
-120
0
200
400
600
800
1000
0
200
Temperatura (°C)
400
600
800
1000
Temperatura (°C)
Figura 2: Curva de Análise Térmica Diferencial da Argila Brasgel sem Tratamento e Curvas de
Análise Termogravimétrica da Argila Brasgel sem Tratamento.
A curva de Análise Térmica Diferencial da argila Brasgel sem tratamento mostra
claramente um pico endotérmico que ocorre entre 19°C e 150°C, acompanhado pela perda de
água livre e um pico endotérmico entre 400°C e 580°C devido à perda de hidroxila estrutural. A
análise termogravimétrica para a amostra da argila Brasgel sem tratamento está apresentada
na figura 1, e indica visivelmente uma perda total de massa de 19,2%
105
Brasgel dodigen ATD
0
100
-5
95
-10
90
Perda de massa %
Diferença de temperatura
5
-15
-20
-25
-30
BrasgelDodigenTG
85
80
75
70
-35
65
-40
60
0
200
400
600
Temperatura (°C)
800
1000
0
200
400
600
800
1000
Temperatura (°C)
Figura 3: Curva de Análise Térmica Diferencial da Argila Brasgel Dodigen e Curva de Análise
Termogravimétrica da Argila Brasgel Dodigen
A curva de Análise Térmica Diferencial da argila Brasgel Dodigen evidencia a presença
de um pico endotérmico que ocorre entre 25°C e 110°C, acompanhado pela perda de água
livre, um pico exotérmico que ocorre entre 270ºC e 390ºC, atribuído à
decomposição inicial do sal quaternário de amônio Dodigen. Na faixa entre 450 o C
e 500 o C ocorre um pico, endotérmico que segundo Souza Santos, (1992) é causado pela
perda de hidroxila estrutural. Através da análise termogravimétrica (ATG) observa-se
uma perda total de massa de 36,3%.
CONCLUSÃO
Através da técnica de DRX foi confirmado a intercalação do sal quaternário de amônio
(Dodigen), na amostra da argila Brasgel. As análises térmicas (ATD/TG) referentes às
amostras da argila estudada evidenciaram transformações térmicas características das argilas
esmectíticas (sem tratamento e organofílica).
Através das perdas de massa observadas nas primeiras inflexões (perda de água livre)
presentes nas curvas de TG para a argila em estudo (sem tratamento e organofílica), foi
possível verificar a redução do caráter hidrofílico para as argilas organofílicas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CAPES e ao CNPq pela concessão de bolsas e a Petrobrás pelo
auxílio financeiro.
REFERÊNCIAS
(1) EREN E., Removal of copper ions by modified Unye clay, Turkey. J. Haz. Mat., V.159,
235–244, 2008.
(2) 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. 213-226, 2008.
(3) PEREIRA, K. R. O. ; RODRIGUES, M. G. F.; DIAZ, F. R. V. Síntese e caracterização de
argilas organofílicas: comparação no uso de dois métodos. Revista Eletrônica de Materiais
e Processos, V.2, p. 1-8, 2007.
(4) SOUZA SANTOS, P., Ciência e Tecnologia de Argilas, V. 1, 2a Ed., Ed. Edgard Blücher
Ltda, 1989.
(5) SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª ed., São Paulo: Ed. Edgard
Blücher Ltda., São Paulo-SP v. 1-3, 1992.
(6) VALENZUELA-DÍAZ, F. R. Preparation of organophilic clays from a Brazilian smectitic
clay. Key Eng. Mater., v. 189-191, p. 203-207, 2001.