A análise por difração de raios-X, aplicada na caracterização de sólidos, cumpre o importante papel de informar qualitativa e quantitativamente sobre a estrutura e as fases cristalinas numa amostra. Esta técnica pode, também, ser usada para determinar expansões ou contrações da rede da zeólita a partir da medida da posição de picos selecionados. O tipo de cátion trocado, também pode provocar variações na posição dos picos no DRX (GARRALON, et
al., 1988), embora este método não seja suficiente para demonstrar o tipo de substituição
ocorrida.
A análise de difração de raios-X da amostra de SAPO-5 foi realizada, utilizando-se um difratômetro da Shimadzu modelo XRD 600, com fonte de radiação CuKα. Os dados foram coletados na faixa de ângulo 2θ de 5 a 45 graus com velocidade de goniômetro de 2ºC/min.
3.2.2 Redução à temperatura programada (TPR)
Dentre as diversas técnicas existentes para avaliação de catalisadores metálicos, a redução à temperatura programada (TPR) é amplamente aplicada nos estudos de catalisadores, pois, os perfis de TPR podem fornecer informações a respeito do método de preparação dos catalisadores, suportes e de tratamentos térmicos, na formação das fases ativas. Além disso, interações entre os metais, interações metal-suporte, formações de ligas, natureza das fases, influência dos precur- sores e do suporte nas propriedades do catalisador, dispersões dos metais na superfície dos catalisadores e medida indireta do tamanho médio dos cristais metálicos. A técnica consiste em monitorar reações mássicas ou de superfície de sólidos com sua atmosfera gasosa, pela análise contínua da fase gasosa. A amostra é submetida a um aumento programado de temperatura, enquanto uma mistura gasosa redutora flui através dela. As variáveis que controlam e influenciam o processo da redução são: concentração e velocidade do fluxo do agente redutor, velocidade de incremento da temperatura, quantidade e tamanho das partículas das amostras e a geometria do equipamento utilizado (SOUSA & SIMÕES, 2005).
As análises de TPR foram realizadas no Laboratório de Catálise da PUC - Rio. Os catalisadores foram pré-tratados, utilizando-se 300 mg de amostra por 1 hora a 300oC em fluxo
de argônio, com vazão de 30 mL.min-1. Em seguida as amostras foram resfriadas até a temperatura ambiente ainda sob fluxo de argônio. Após esse tempo, a amostra foi reduzida por uma mistura de 1,59% de H2 em argônio, com vazão de 50 mL.min-1 até 900oC a 10oC.min-1.
Para a construção do perfil de redução da amostra, foi utilizado um software para monitorar o sinal de temperatura e o sinal de tensão do detector de condutividade térmica.
3.2.3 Espectroscopia de raios-X por energia dispersiva (EDX)
O EDX (energy dispersive X-ray detector) é uma técnica essencial no estudo de caracterização microscópica de materiais. Quando o feixe de elétrons incide sobre um mineral, os elétrons mais externos dos átomos e os íons constituintes são excitados, mudando de níveis energéticos. Ao retornarem para a sua posição inicial, liberam a energia adquirida a qual é emitida em comprimento de onda no espectro de raios-X. Um detector instalado na câmara de vácuo do microscópio eletrônico mede a energia associada a esse elétron. Como os elétrons de um determinado átomo possuem energias distintas, é possível, no ponto de incidência do feixe, determinar quais os elementos químicos que estão presentes naquele local e assim identificar, em instantes, que mineral está sendo observado. O diâmetro reduzido do feixe permite a determinação da composição mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (< 5µm), permitindo uma análise quase que pontual (LAGOEIRO, 2001).
Os raios-X são analisados e o número é obtido como uma função de energia de raios-X. As posições dos picos dão informações sobre os átomos presentes, quando o ator de sensibilidade é corrigido obtêm-se informações quantitativas sobre os átomos presentes na amostra. O EDX possibilita a observação do espectro inteiro de raios-X de modo simultâneo, o que permite análise qualitativa rápida dos constituintes principais (RIBEIRO, 2002 apud ARAÚJO, 2008).
A análise foi realizada no Laboratório de Caracterização de Materiais da Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Campina Grande – UFCG. O equipamento utilizado foi o modelo EDX – 720 Energy dispersive X – ray spectrometer da Shimadzu.
As amostras em forma de pó foram inicialmente prensadas a 6 Ton e em seguida colocadas para em uma estufa a 100oC por 24 horas para a perda de umidade. No espectrômetro
foram submetidas a vácuo. A tensão de operação foi de 15 KV e a corrente de 100 µA.
3.2.4 Infravermelho por adsorção de piridina (IV)
O infravermelho é a técnica espectroscópica mais amplamente usada em estudos de superfície.
A acidez pode ser determinada pelo método de adsorção-dessorção de piridina, seguido por espectroscopia no infravermelho. A densidade dos sítios ácidos é estimada pela área dos picos no espectro no infravermelho a 1455 cm-1 (Lewis) e a 1545 cm-1 (Bronsted). A distribuição da força ácida pode ser determinada pela diferença entre a quantidade de piridina adsorvida em temperaturas diferentes (aproximadamente 200oC, 300oC e 400oC), correspondendo ao número de sítios fracos, médios e fortes, respectivamente (PEREGO et al., 1999 apud CABRAL, 2008).
A análise foi realizada no laboratório de Catálise da PUC-Rio. A acidez do suporte e dos catalisadores foi determinada por espectroscopia de infravermelho usando adsorção de piridina e dessorção a diferentes temperaturas num equipamento FT-IR Nicolet, modelo Nexus 470. Para a quantificação dos sítios ácidos, as amostras foram primeiramente prensadas, a 1 Ton, em forma de pastilhas. Depois estas foram submetidas ao vácuo e aquecidas até 450oC a uma taxa de 100oC/min durante duas horas para a ativação da superfície. Em seguida as pastilhas foram
resfriadas à temperatura ambiente, fazendo um espectro do infravermelho na região desejada. Posteriormente as amostras foram colocadas em contato com uma corrente de vapor de piridina até a saturação. Em seguida elevou-se a temperatura até a primeira temperatura de dessorção (150oC) por uma hora. Depois as amostram foram levadas à temperatura ambiente para realizar o espectro do infravermelho. Em seguida as amostras foram aquecidas até a segunda temperatura de dessorção (250oC) por 30 minutos. À temperatura ambiente realizou-se o segundo espectro. Este procedimento foi repetido a 350oC para realização do terceiro espectro.
Em princípio, todos os sítios ácidos interagem com a piridina. Se isto não ocorre, esta dificuldade teria relação com o espaço entre os canais e/ou com a dificuldade da piridina de penetrar o suficiente nos canais, para interagir com todos os grupos presentes.