Substrates

As zeólitas foram caracterizadas por análises termogravimétricas (ATG/DTG), difração de raios X, análise química, fisissorção de nitrogênio e microscopia eletrônica de varredura.

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As análises térmicas permitem avaliar propriedades de uma substância em função do tempo ou da temperatura. Neste último caso, é feito o aquecimento a uma taxa fixa de variação de temperatura para se determinar a taxa de decomposição de substâncias em função dessa variável.

A análise termogravimétrica (ATG), realizada no Laboratório de Catálise do Departamento de Engenharia Química da UFSCar (DEQ/UFSCar), foi efetuada para uma das amostras de MCM 22 recém sintetizada. O equipamento utilizado foi o TA Instruments, modelo SDT 2960, utilizando um fluxo de 100 mL/min de ar (atmosfera oxidante), 15 mg de amostra e taxa de aquecimento de 10 ºC/min. A alfa alumina foi usada como referência durante a perda de massa. A derivada da perda de massa (DTG) foi calculada no software do próprio equipamento após a aquisição dos dados de termogravimetria.

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Independentemente da aplicação do material zeolítico, é essencial verificar se a amostra utilizada contém apenas o material desejado e com elevado grau de pureza (ausência de impurezas ou outras estruturas zeolíticas). Essa verificação é feita por difração de raios X, tendo cada estrutura zeolítica um difratograma bem definido (GUISNET e RIBEIRO, 2004). Estes difratogramas estão catalogados na literatura e servem de material de comparação para se identificar e confirmar uma determinada estrutura cristalina num material de estudo (TREACY e HIGGINS, 2001).

As análises de difração de raios X foram realizadas no Laboratório de Catálise do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos (DEQ/UFSCar), através do método do pó, num difratômetro Rigaku Multiflex, operado com radiação CuKα (λ

/ Hα= 0,1542 nm ), tensão de

40 kV, corrente de 40 mA. A velocidade do goniômetro foi de 2 °(2θ)/min, com variação do ângulo na faixa de 5 a 50 °(2θ).

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A composição global de um catalisador zeolítico é geralmente uma das primeiras características a se determinar. Essa informação é particularmente útil para seguir as sínteses e modificações das zeólitas.

Para a realização desta análise, as amostras foram preparadas da seguinte maneira: uma massa de aproximadamente 100 mg de amostra foi colocada em cadinho de porcelana e calcinada em mufla a 700 ºC (10 °C/min) durante 2 horas, sendo posteriormente resfriada em dessecador. A abertura das amostras calcinadas foi realizada em recipientes de teflon, com a adição primeiramente, de 1 mL de água desionizada, para se evitar o contato direto da amostra com os ácidos. Em seguida, adicionou se 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado e 1 mL de ácido fluorídrico. Após a abertura, as amostras foram submetidas a aquecimento em banho de areia a 150 ºC, ocasionando

rapidamente à eliminação do silício na forma de tetrafluoreto de silício SiF4) e

evitar perdas de alumínio na forma de fluoreto de alumínio AlF3). Após um

período de aproximadamente 24 horas, o precipitado branco, constituído de

sulfato de alumínio (Al2(SO4)3) e sulfato de sódio (Na2SO4), foi dissolvido em

água desionizada e diluído para concentrações próximas à faixa de trabalho do equipamento utilizado para fazer a leitura da amostra (Tabela 3.1).

A leitura foi realizada num espectrofotômetro de absorção atômica com chama, da marca Varian, modelo AA 240FS, instalado no Departamento de Química da UFSCar (DQ/UFSCar), e permitiu determinar a concentração dos metais (Al e Na) presentes nas amostras e, através de cálculos apropriados, estimar a composição química global das zeólitas.

Tabela 3.1 – Faixa de concentração para análise química por EAAC. Elemento Químico Faixa de detecção ppm

Sódio (Na) 0,5 – 50,0

Alumínio (Al) 0,5 – 60,0

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A fisissorção gasosa é a técnica mais utilizada para o estudo das características de poros de materiais sólidos. Basicamente, a técnica determina a quantidade de gás adsorvido no material sólido, que gera informações valiosas a respeito da estrutura e propriedades dos poros. A isoterma obtida das medidas de adsorção representa a impressão digital da estrutura dos poros e fornece informações sobre área superficial, volume de poros e distribuição do tamanho de poros (GROEN, 2007).

Dentro desse contexto, para se determinar o volume de microporos e as áreas externa e de microporos dos catalisadores, medidas de

fisissorção de N2 foram realizadas na temperatura de ebulição do nitrogênio

líquido ( 196 °C) em um equipamento ASAP 2020 Micromeritics, instalado Laboratório de Catálise do Departamento de Engenharia Química da UFSCar (DEQ/UFSCar). A amostra era acondicionada em um porta amostra e tratada à temperatura de 250 ºC por 2 horas sob vácuo, eliminando se a água e gases fisicamente adsorvidos. Em seguida, a amostra era transferida para a unidade

de adsorção, onde o nitrogênio líquido entra em contato com a amostra a

pressões relativas (P/P0) variadas, na faixa onde fenômeno de adsorção ocorre

(CIOLA, 1981).

Maiores informações a respeito da classificação das isotermas e dos cálculos utilizados na determinação das propriedades texturais das zeólitas encontram se no Anexo A.

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A microscopia eletrônica de varredura é empregada com a finalidade de se observar a morfologia, homogeneidade e o tamanho das partículas das amostras.

Na preparação da amostra para esta análise, aproximadamente 10 mg de zeólita foram dispersos em etanol e, em seguida, submetidos a tratamento por ultrassom durante 10 minutos, o qual provoca a desaglomeração das partículas. Com o auxílio de um conta gotas, a amostra foi depositada sobre um porta amostra de alumínio, previamente polido e limpo. Após a evaporação do etanol, o porta amostra foi recoberto com uma fina camada de ouro para propiciar condutividade elétrica à amostra.

A análise foi realizada em um microscópio eletrônico Philips XL 30 FEG instalado no Laboratório de Caracterização Estrutural (LCE) do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCar (DEMA/UFSCar). O equipamento foi operado sob as seguintes condições: tensão de 20 kV, spot 3 e detector de elétrons secundários (SE).