Levantamento de aplicações da diatomita como suporte catalítico Natal, rn



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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - CCET

LABORATÓRIO DE TECNOLOGIA AMBIENTAL - LABTAM

Paulo Rogério de Freire Lira Júnior

Levantamento de aplicações da diatomita como suporte catalítico

Natal, RN

2016

Paulo Rogério de Freire Lira Júnior

Levantamento de aplicações da diatomita como suporte catalítico

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Química do Petróleo – Bacharelado, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte integrante dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Bacharel em Química do Petróleo.



Orientador: Prof. Dr. Eledir Vitor Sobrinho

Natal, RN

2016




Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial do Instituto de Química - IQ










Lira Júnior, Paulo Rogério de Freire.
Levantamento de aplicações da diatomita como suporte catalítico / Paulo Rogério de Freire Lira Júnior. - 2016.
47 f.: il.

Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Intituto de Química, Natal, 2016.


Orientador: Prof. Dr. Eledir Vitor Sobrinho.
Coorientador: Gineide Conceição dos Anjos.

1. Diatomita - Monografia. 2. Sílica - Monografia. 3. Calcinação - Diatomita - Monografia. 4. Catálise - Monografia. 5. Química - Monografia. I. Vitor Sobrinho, Eledir. II. Anjos, Gineide Conceição dos. III. Título.

RN/UF/BS-IQ CDU 666.951(02)









Paulo Rogério de Freire Lira Júnior

Levantamento de aplicações da diatomita como suporte catalítico

Aprovado em _____/_____/_____

____________________________________

Prof.º Dr. Eledir Vitor Sobrinho

Orientador – UFRN

____________________________________

Gilvan Pereira de Figueredo

Membro – IFMA

____________________________________

Gineide Conceição dos Anjos

Co-orientadora – UFRN

Dedico este trabalho aos meus pais, familiares e

amigos.

AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, agradeço ao meu glorioso Deus, que me protege, me guarda e me ilumina; e por me dar a oportunidade de ser uma pessoa cada vez melhor,

Agradeço a minha mãe, Sueli Melo da Conceição Teixeira Lira, por tudo que ela fez por mim, pela guerreira que ela é. Só nós sabemos o que já passamos.

Ao meu pai, Paulo Rogério de Freire Lira, que apesar de distante, sempre esteve ao meu lado para me dar os melhores conselhos para eu ser um ser humano melhor.

A toda minha família que sempre torceu, e torce por mim, para que eu alcance todo sucesso pessoal e profissional. Em especial, à minha avó, Angelita da Conceição Teixeira, e meu avô, Severino Teixeira, por todo suporte dado a minha mãe nos momentos em que mais precisávamos.

Meu grande agradecimento a minha namorada, Ananda Câmara, que foi uma das pessoas que mais me incentivou a terminar o curso, me apoiou nos momentos em que pensava em desistir e que me ajudou a realizar este trabalho.

Agradeço, também, ao nobre Prof.º Dr. Eledir Vitor Sobrinho, pela oportunidade e voto de confiança que me deu, ao aceitar orientar o meu trabalho de conclusão de curso.

Agradeço ao pessoal do LABTAM pela receptividade e pelo local cedido para realização do experimento. Em especial, a Doutoranda Gineide dos Anjos, por toda a paciência para com minha pessoa e por sempre me ajudar, mesmo com toda sua tese de doutorado para terminar. Meus sinceros agradecimentos por tudo que você fez para que este trabalho fosse realizado.

A todos meus colegas de curso, que compartilharam das mais complicadas disciplinas comigo. Em especial, aos meus irmãos que conquistei durante essa árdua caminhada: Vinícius Morais, Kleber Rocha, Igor Moreira, Tiago Rodrigues, Thiago dos Anjos e Elton Rodrigues.

A toda família futsal UFRN, pelos grandes aprendizados, experiência e momentos inesquecíveis que passamos juntos.

Por fim, agradeço a instituição UFRN e ao Instituto de Química, pelos inúmeros conhecimentos que foram passados por todos professores, técnicos e os demais componentes da mesma.

Não faz sentido olhar para trás e pensar: devia ter feito isso ou aquilo, devia ter estado lá. Isso não importa. Vamos inventar o amanhã, e parar de nos preocupar com o passado.”

Steve Jobs

RESUMO

______________________________________________________________________


A diatomita é um material natural que possui inúmeras aplicações devido suas propriedades físicas e químicas após processamento. A diatomita sofre alterações superficiais após tratamento térmico em altas temperaturas, apresentando propriedades que permitem sua aplicação nas indústrias alimentícias, de bebidas, farmacêuticas, têxteis e cosméticas. Atualmente, é utilizada na indústria como isolante acústico, auxiliar de filtração e carga industrial. Este material é encontrado em abundância no mundo e principalmente, na região nordeste do Brasil. Por apresentar características ambientalmente corretas, vem despertando o interesse de vários pesquisadores ao redor do planeta. Neste trabalho, foi realizada uma breve revisão da literatura sobre a diatomita e suas aplicações. Duas amostras da diatomita de cores branca e rosa foram modificadas por tratamento químico e depois caracterizadas por técnicas de Fluorescência de raios-X (FRX), Análise Termogravimétrica (TG/DTG), Difração de raios-X (DRX) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV), para possível aplicação como suporte catalítico. Os resultados das análises de FRX indicam que os componentes químicos, encontrados nas amostras em estudo, são da diatomita e foram confirmados pelos difratogramas que apresentaram as fases de quartzo (SiO2) e cristobalita (SiO2), componentes majoritários do material em estudo. Na TG/DTG observamos uma maior estabilidade térmica do material rosa em detrimento a diatomita branca. A partir da análise do MEV foi possível observar o formato navicular e os poros presentes característicos da diatomita.

______________________________________________________________________


Palavras-Chave: Diatomita; Caracterizações; Calcinação; Sílica.

ABSTRACT

______________________________________________________________________

Diatomite is a natural material, which has numerous applications due to its physical and chemical properties after processing. It undergoes superficial changes after heat treatment at high temperatures, presenting properties that allow its application in the food, beverage, pharmaceutical, textile and cosmetic industries. It is currently used in industry as acoustic insulation, filter aid and industrial load. This material is found in abundance in the world and mainly in the northeastern region of Brazil. By presenting environmentally correct characteristics, it has aroused the interest of several researchers around the planet. In this work, a brief review of the literature on diatomite and its applications was carried out. Two samples of the color diatomite (white and pink) were also chosen to undergo chemical treatment and were then characterized by X-ray Fluorescence techniques (XRF), Thermogravimetric Analysis (TG/DTG), X-ray diffraction (XRD), and Scanning Electron Microscopy (SEM), for possible application as catalytic support. The results of the XRF analyzes indicate that the chemical components found in the samples are diatomite and confirmed by the diffractograms that presented the quartz (SiO2) and cristobalite (SiO2), phases of the study material. It´s possible through the TG/DTG technique a higher thermal stability of the pink material compared to white diatomite. From the SEM analysis, it was possible to observe the navicular shape and the pores present characteristic of the diatomite.

_____________________________________________________________________



Keywords: Diatomite; Characterizations; Calcination; Silica.

LISTA DE FIGURAS


Figura 1 -

Micrografia no formato navicular da diatomita.

23

Figura 2 -

Micrografia no formato tubular da diatomita.

24

Figura 3 -

Micrografia no formato globular da diatomita.

24

Figura 4 -

F Fluxograma do processamento da diatomita

26

Figura 5 -

(a) Amostra de diatomita branca (b) Amostra de diatomita rosa

31

Figura 6 -

Fluxograma do procedimento experimental.

32

Figura 7 -

Termograma da amostra de diatomita branca.

37

Figura 8 -

Termograma da amostra de diatomita branca tratada.

37

Figura 9 -

Termograma da amostra de diatomita rosa.

38

Figura 10 -

Termograma da amostra de diatomita rosa tratada.

38

Figura 11 -

Difratograma das amostras de diatomita branca com e sem tratamento.

39

Figura 12 -

Difratograma das amostras de diatomita rosa com e sem tratamento

40

Figura 13 -

Micrografia de diatomita branca sem tratamento

40


LISTA DE TABELAS


Tabela 1 -

Reservas brasileiras de diatomita

21

Tabela 2 -

Composição química da diatomita comercial americana

22

Tabela 3 -

Composição química das amostras de diatomita em estudo

36


LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS


2θ -

Ângulo de Difração

AM -

Anidrido Maléico

AS -

Anidrido Succínico

DB -

Diatomita Branca

DB/T -

Diatomita Branca Tratada

DR -

Diatomita Rosa

DR/T -

Diatomita Rosa Tratada

DRX -

Difração de Raios X

FRX -

Fluorescência de Raios X

MEV -

Microscopia Eletrônica de Varredura

TG -

Termogravimétrica


SUMÁRIO

1

INTRODUÇÃO...........................................................................................

15

2

OBJETIVOS..................................................................................................

18

2.1

OBJETIVO GERAL.......................................................................................

18

2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS..........................................................................

18

3

REFERENCIAL TEÓRICO........................................................................

20

3.1

HISTÓRICO E DEFINIÇÃO.........................................................................

20

3.2

COMPOSIÇÃO E MORFOLOGIA DA DIATOMITA................................

21

3.3

PROPRIEDADES..........................................................................................

25

3.4

BENEFICIAMENTO DA DIATOMITA......................................................

25

3.5

APLICAÇÕES DA DIATOMITA.................................................................

27

3.6

UTILIZAÇÕES COMO SUPORTE PARA CATALISADOR......................

28

4

METODOLOGIA.........................................................................................

31

4.1

MATERIAIS..................................................................................................

31

4.2

ORIGEM DA AMOSTRA............................................................................

31

4.3

TRATAMENTO QUÍMICO.........................................................................

32

4.4

CARACTERIZAÇÃO...................................................................................

33

4.4.1

Difração de Raios – X..................................................................................

33

4.4.2

Determinação da Composição Química.....................................................

33

4.4.3

Análise Termogravimétrica (TG)................................................................

33

4.4.4

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)...........................................

34

5

RESULTADOS E DISCUSSÕES...............................................................

36

5.1

COMPOSIÇÃO QUÍMICA POR FRX.........................................................

36

5.2

ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (TG).................................................

36

5.3

COMPOSIÇAO MINERALÓGICA..............................................................

39

5.4

MORFOLOGIA.............................................................................................

40

6

CONCLUSÕES............................................................................................

42

7

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................

44





1. INTRODUÇÃO

A exploração dos recursos naturais se intensificou a partir da revolução industrial e do desenvolvimento de novas tecnologias, associadas a um processo de formação de um mercado mundial que transforma desde a matéria-prima até os mais sofisticados produtos em demandas mundiais. Um dos grandes desafios nos dias de hoje é o entendimento das consequências das alterações no meio ambiente. Por isso, os métodos de preservação ambiental estão cada vez mais em evidência no dia a dia (CARVALHO, 2011). O desenvolvimento de novas pesquisas, que visam ao uso de materiais sustentáveis para o planeta, vem crescendo junto com as necessidades geradas na relação sociedade e natureza.

A diatomita é um material natural, de origem sedimentar, abundante e de baixo custo. É formada, basicamente, de sílica amorfa hidratada e impurezas como quartzo, óxidos de ferro, alumínio, sódio, potássio, cálcio, magnésio, titânio, matéria orgânica, entre outros (BRAGA, 2008). Este material se caracteriza por apresentar importantes propriedades. No estado bruto, apresenta cores variadas do branco ao cinza, de acordo com o teor de matéria orgânica. Suas propriedades físico-químicas permitem uma variedade de aplicações em diferentes segmentos industriais, desde agente filtrante a isolante, agente de carga industrial ou enchimento (fabricação de tintas, papel e borrachas), como também agente de suporte absorvente na fabricação de fertilizantes, inseticidas, herbicidas, pilhas elétricas e dinamites, aplicado também como agente abrasivo quando isento de grãos de quartzo (SILVA et al., 2009). Atualmente, a diatomita vem sendo estudada como suporte empregado na catálise (CHEN et al., 2012; JABBOUR et al., 2015).

Os suportes catalíticos são materiais que sustentam a fase ativa em um catalisador suportado, possuindo alta área superficial específica e porosidade, sendo, normalmente, pouco ativo na reação. A utilização de suportes nos catalisadores conduz a diversas vantagens, como proporcionam uma elevada área superficial especificado catalisador final, o que é importante no caso de metais de alto custo, como ouro ou ródio, além de garantir uma distribuição mais uniforme das espécies ativas (CORDEIRO, 2016). Os suportes também melhoram a estabilidade do catalisador evitando a sinterização da fase ativa por efeito da alta temperatura (COSTA et al., 2011).

As realizações das análises de um material natural geralmente consistem em submeter à amostra a um tratamento adequado visando sua preparação para os passos subsequentes da análise. Essa etapa pode ser dividida em pré-tratamento, tratamento preliminar e preparo das amostras. Todo esse processo tem a finalidade de converter a amostra bruta em uma amostra pronta para ser caracterizada, também se refere às etapas de purificação da amostra, eliminação de materiais interferentes e isolamento dos analitos de interesse.

Por ser um material natural, faz-se necessário a realização de um tratamento de qualidade sobre a diatomita bruta, pois a mesma apresenta matéria orgânica que pode vir a interferir nos resultados das análises.

Neste contexto, o objetivo deste trabalho é apresentar um breve levantamento bibliográfico sobre a diatomita e suas aplicações. Além disso, realizar um tratamento químico com HCl 5M em duas amostras de diatomita e realizar suas caracterizações para avaliar uma possível aplicação como suporte catalítico.






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