Zeólitas Como Material Adsorvente

As zeólitas foram descobertas em 1756 por um mineralogista sueco, Freiherr Axel Frederick Cronstedt, que denominou o grupo de minerais a partir das palavras gregas “zeo” (ferver) e “lithos” (pedra), ou seja, “pedras que fervem”, devido a sua característica peculiar de liberar bolhas ao serem imersas em água [108]. As zeólitas podem ser encontradas associadas ao vidro vulcânico (zeólitas naturais) ou podem ser sintetizadas por processos de ativação de uma ampla série de materiais, em especial cinzas, contendo elevados índices de silício e alumínio (zeólitas sintéticas) [109].

As zeólitas são aluminosilicatos hidratados de metais alcalinos ou alcalinos terrosos, estruturados em redes cristalinas tri-dimensionais, compostas de tetraedros do tipo TO4 (T = Si, Al) unidos pelos vértices através

de átomos de oxigênio [110- 112]. A fórmula estrutural das zeólitas pode ser expressa como:

M

[(AlO

)

(SiO)

] . wH

O

Em que: M = cátion trocável; n = valência do cátion; (x+y) = número total de tetraedros por célula unitária e w = número de moléculas de água.

A estrutura das zeólitas apresenta canais e cavidades interconectadas de dimensões moleculares, onde se encontram íons de compensação que possuem liberdade de movimento e permitem mecanismos de troca iônica. Os canais e as cavidades conferem às zeólitas uma estrutura porosa, a qual permite que esses materiais tenham uma superfície interna muito grande, quando comparada com a externa [113].

Neste trabalho foi utilizada uma zeólita sintética Y (também conhecida como faujasita ou FAU) figura 07, pertencente ao sistema de cristalização cúbico e apresenta 192 tetraedros por cela unitária. A estrutura cristalina delas pode ser descrita através da união de dois tipos de poliedros [114].

Figura 07: Estrutura de uma zeólita Y onde (a) unidade C6, (b) unidade

sodalita, (c) grande cavidade da zeólita Y, (d) supercavidade α e (e) estrutura tridimensional da zeólita Y.

Assim, possui um prisma hexagonal, C6, formado pela união de dois anéis de seis tetraedros (a) e um octaedro truncado formado pela combinação de 24 tetraedros, mais conhecidos com unidade β ou unidade sodalita (b). A união dos poliedros C6 com quatro das faces hexagonais das caixas sodalitas formam uma grande cavidade (c), a supercavidade α, com um diâmetro interno de 12,4 Ǻ (d). A combinação das supercavidades α entre si e com caixas sodalitas origina a estrutura final da zeólita (e), que apresenta dois sistemas de canais tridimensionais interconectados entre si [114].

Devido à capacidade de troca iônica das zeólitas, esses minerais têm sido amplamente utilizados no tratamento de efluentes [115] industriais, domésticos [116], água subterrânea [117], drenagem acida de minerações [118] e solos contaminados [119]. Os metais pesados são imobilizados pelas zeólitas por dois mecanismos: adsorção química e, principalmente, troca iônica. A capacidade de adsorção das zeólitas depende do seu volume poroso e do diâmetro dos poros, por isso são também chamadas de peneiras moleculares. A capacidade de adsorção em zeólitas também depende da natureza,

composição química, pH e temperatura da solução, e das características dos cátions trocáveis [120].

Capítulo 3

OBJETIVOS

“Tudo quanto vive, vive porque muda;

muda porque passa; e, porque passa, morre.

Tudo quanto vive perpetuamente

se torna outra coisa, constantemente

se nega, se furta à vida”.

OBJETIVOS

3.1. GERAL

 Estudar a adsorção de bário presente em água produzida utilizando a zeólita NH4 – Y como material adsorvente.

3.2. ESPECÍFICOS

 Caracterizar a água produzida de poços de petróleo localizados em Siririzinho/SE.

 Caracterizar as amostras de incrustação por meio das técnicas de: Espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e difração de raios-X (DRX).

 Caracterizar o material adsorvente por meio das técnicas de: Espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR) e difração de raios-X (DRX).

 Avaliar o efeito da dosagem de zeólita NH4 - Y no processo de adsorção

de bário de soluções sintéticas de água produzida.  Determinar o ponto de carga zero da zeólita NH4 - Y.

 Realizar experimentos de adsorção de bário em batelada utilizando soluções sintéticas de água produzida em diferentes tempos de contato, concentração e temperatura.

 Avaliar as isotermas de adsorção aplicando os modelos de Langmuir, Freundlich, Langmuir-Freundlich, Sips e Redilich-Peterson seguindo a metodologia linear e não-linear, bem como aplicar procedimentos estatísticos: R2_{, desvio padrão e Qui-quadrado.}

 Desenvolver testes de competição iônica dos principais íons presentes em águas produzidas em amostras de efluentes sintéticos utilizando a zeólita NH4 - Y.

 Desenvolver experimentos de adsorção de bário utilizando a zeólita NH4 -

Capítulo 4

METODOLOGIA

O único transformador, o único alquimista que muda

tudo em ouro, é o amor. O único antídoto

contra a morte, a idade, a vida vulgar, é o amor.

(Anais Nin).

METODOLOGIA

4.1. REAGENTES E SOLUÇÕES

Os reagentes e soluções utilizados nesse trabalho foram todos de grau analítico. A calibração do aparelho de absorção atômica para a leitura de bário foi feito diluindo-se uma solução monoelementar de nitrato de bário desse metal 1000mg/L (SPECCSOL/NIST-USA). Realizou-se com a mesma diluição sucessivas com água ultra-pura em balões volumétricos de 50 mL, e para os ensaios de adsorção foram preparadas soluções desse metal utilizando o cloreto de bário (MERCK). Para a leitura dos demais metais utilizou-se soluções padrões dos mesmos de 1000mg/L (MERCK). Para o ajuste do pH foram utilizadas soluções de 0,1 mol/L e 1 mol/L de NaOH (SYNTH) e HCl( MERCK).

4.2. ARÉA DE ESTUDO

No estado de Sergipe, que é o sexto maior produtor de petróleo do Brasil, o campo de Siririzinho localizado no município de Siriri, sofre constantemente com problemas de incrustações. Esse campo ainda apresenta grande potencial de produtividade que deve ser aproveitado com a perfuração de novos poços até o ano de 2013, com uma expectativa de aumento de produtividade mais que o dobro do que existe hoje. O volume de água injetada nessa área também será crescente, o que torna o presente trabalho relevante, uma vez que mostra estudos preliminares de prevenção de possíveis incrustações [142].