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Type: Tese
Issue Date: 21-Feb-2006
Authors: GUERRA, Denis de Jesus Lima
First Advisor: LEMOS, Vanda Porpino
First Co-Advisor: ANGÉLICA, Rômulo Simões
Title: Síntese, caracterização e aplicação de esmectitas pilarizadas com Al, Ti
Sponsor: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Citation: GUERRA, Denis de Jesus Lima. Síntese, caracterização e aplicação de esmectitas pilarizadas com Al, Ti. 2006. 153 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Centro de Geociências, Belém, 2006. Curso de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica.
Resumo: Hidroxi-polímeros de Al e Ti foram sintetizados através da hidrolise de seus respectivos sais e foram usados na intercalação e pilarização de esmectitas de diferentes composições químicas. A metodologia de intercalação consiste principalmente na substituição dos cátions interlamelares por cátions maiores {poli-hidroxipolímero de alumínio, conhecido como íon de Keggin, complexo Al13, [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ e polioxication de titânio TiOx(OH)2x} e em seguida a secagem a 80ºC. O material resultante da intercalação sofre calcinação em T=300-500ºC (pilarização) visando à remoção da água interlamelar. As argilas natural e pilarizada foram caracterizada por XRD, FTIR, NMR do 27Al e 29Si, TGA_TG e análises texturais usando isotermas de adsorção/desorção de N2. As amostras foram usadas como adsorventes em processos de adsorção com a butilamina (Al- PILC/ativação ácida) e soluções de Cu2+, Ni2+ e Co2+ (Al-PILC e Ti-PILC). Os resultados dos padrões de XRD indicaram aumento no espaçcamento d(001) de d(001)= 15,30-15,60 para d(001)=18,36-18,92 (Al-PILC) e d(001)= 15,30 para 17,10-19,56 Å (Ti-PILC). Os espectros FTIR comprovaram a pilarização das esmectitas com Al e Ti através das vibrações 667 cm-1 (ligação Al-O do Al em coordenação tetraédrica no Al13) e 1338 cm-1 (ligação Ti-O nos pilares de TiO2). Os espectros RMN 27Al mostraram para as amostras Al-PILC sinais de 68 ppm e 0ppm referentes ao Al nas posições tetraédrica e octaédrica, respectivamente. Foi indicado que as curvas TGA-TG são similares entre si. Foram observados dois picos endotérmicos. O primeiro ocorre em 100-200 oC e é atribuído a perda de água superficial e a água coordenada no pilarizante. O segundo ocorre em 300-600ºC e corresponde à reação de desidroxilação do poli-hidroxipolímero. Os parâmetros texturais aumentaram e este aumento resultou na formação de materiais microporosos a mesoporosos. Os dados experimentais de adsorção da butilamina e dos íons Cu2+, Ni2+ e Co2+ em soluções aquosas e em temperatura ambiente sobre PLCs foram ajustados através de regressão linear aos modelos de Langmuir, Freundlich e Temkin. Os melhores resultados foram obtidos através do modelo de Langmuir (r=0,999). A equação de Freundlich apresentou limitações em relação as concentrações, porém valores aceitáveis de parâmetros (Kf e n) foram obtidos pelos três modelos. Os parâmetros foram usados para calcular a quantidade adsorvida (Nf), que é uma função de Cs.
Abstract: Hidroxi-polymers of Al and Ti were synthesized after hydrolysis of its respective salts and are being used in the intercalation and pillarization of smectites of different chemical composition. The intercalation methodology consists mainly in the substitution of interlamelar cations by bigger cations {aluminium polyhroxipolymer so-called Keggin ion, Al13 complex, [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ and Titanium polyoxycation, TiOx(OH)2x} followed by further drying at 80ºC. The resultant material of the intercalation must suffer calcinations at T=300-500ºC (pillarization), with the main purpose of removing interlayer water. The natural and pillared clays were characterized by XRD, FTIR, 27Al and 29Si NMR, TGA-TG and textural analysis using N2 adsorption/desorption isotherms. The samples were used as adsorbents in the adsorption process with butylamine (Al-PILC/acid activation) and Cu2+, Ni2+ and Co2+ solutions (Al-PILC and Ti-PILC). The results of XRD patterns show that the d(001) spacing increases of d001= 15,30-15,60 to d001= 18,36-18,92 Å (Al-PILC) and of d001= 15,30 to d001= 17,10-19,56. Å (Ti-PILC). FTIR spectra have proved smectites pillarization with Al and Ti by vibrations at 667 cm-1 (Al- O bond of tetrahedrally coordinated Al cations in the center of the Al13 pillars) and 1338 cm-1 (Ti-O bond of the TiO2 pillars). The 27Al RMN spectra show that Al-PILC samples presents signals of 68 ppm and 0 ppm related to the Al in the tetrahedral and octahedral positions, respectively. It was indicate that the TGA-TG curves are similar itself. Endothermic peaks were observed. The first one occurs at 100-200 ºC and is assigned to loss of surface physisorbed water and loosely coordinated water. The second occurs at 300-600 ºC corresponding to the dehydroxilation of the Hidroxi-polymers. Textural parameters have also increased which resulted in the classification of this pillared smectites as a microporous to mesoporous material. The adsorption of butylamine and Cu2+, Ni2+ and Co2+ ions from aqueous solution in room temperature onto PILCs show that the Langmuir, Freundlich and Temkin adsorption isotherms models have been applied to fit the experimental data by linear regression. The onesurface Langmuir equation provided the best fit to the data (r=0,999). The Freundlich equation presented limitations in rises concentrations, but acceptable values of parameters were obtained (Kf and n) with the use of the three models. The parameters were used to calculate the amount adsorbed (Nf), a function of Cs.
Keywords: Pilarização
Alumínio
Adsorção
Intercalação
Esmectita
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOLOGIA::GEOQUIMICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOLOGIA::PETROLOGIA
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
Institution Acronym: UFPA
Department: Instituto de Geociências
Program: Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica
Appears in Collections:Teses em Geologia e Geoquímica (Doutorado) - PPGG/IG

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