Obtenção de organovermiculitas utilizando tensoativos e microemulsões e suas aplicações na separação de isômeros do Xileno

Surfactants are versatile organic compounds that have, in a single molecule, double chemical affinity. The surfactant molecule is composed by a hy drophobic tail group, a hydrocarbon chain (linear, branched, or mixed), and by a hydrophilic head group, which contains polar groups that makes it able to be applied in the organophilization process of natural clays. Microemulsions are microheterogeneous b lends composed by: a surfactant, an oily phase (non - polar solvent), an aqueous phase, and, sometimes, a co - surfactant (short - chain alcohol). They are systems with thermodynamic stability, transparent, and have high solubility power. Vermiculite is a clay m ineral with an expandable crystalline structure that has high cation exchange capacity. In this work vermiculite was used to obtain organoclays. The ionic surfactants dodecyl ammonium chlori de (DDAC) and cetyltrimethylammonium bromide (C 16 TAB) were used in the organophilization process. They were used as surfactant aqueous solutions and, for DDAC, as a microemulsion system. The organoclays were used to promote the separation of binary mixtures of xylene isomers (ortho - and meta - xylene). Dif ferent analytical techniques were used to characterize microemulsion systems and also the nanoclays. It was produced a water - rich microemulsion system with 0.92 nm droplet average diameter. The vermiculite used in this work has a cationic exchange capacity of 172 meq/100g and magnesium as main cation (24.25%). The basal spacing of natural vermiculite and organo - vermiculites were obtained by X - ray Diffraction technique. The basal spacing was 1.48nm for natural vermiculite, 4.01nm for CTAB - vermiculite (CTAB 4 ) , and 3.03nm for DDAC - vermiculite (DDAC M1A), that proves the intercalation process. Separation tests were carried out in glass columns using three binary mixtures of xylene (ortho - xylene and meta - xylene). The results showed that the organovermiculite pre sented an enhanced chemical affinity by the mixture of hydrocarbons, when compared with the natural vermiculite, and also its preference by ortho - xylene. A factorial experimental design 2 2 with triplicate at the central point was used to optimize the xylen e separation process. The experimental design revealed that the initial concentration of isomers in the mixture and the mass of organovermiculite were the significant factors for an improved separation of isomers. In the experiments carried out using a bin ary mixture of ortho - xylene and meta - xylene (2:1), after its percolating through the organovermiculite bed (DDAC M1), it was observed the preference of the organoclay by the ortho - xylene isomer, which was retained in greater quantity than the meta - xylene o ne. At the end of the treatment, it was obtained a final concentration in meta - xylene of 47.52%.

Os processos de separação são atividades bastante difundidas na indústria, principalmente na indústria química, e que sofrem frequentes mudanças com o objetivo de melhorar o desempenho, o rendimento e a viabilidade desses processos de separação. Os isômeros do xileno são compostos derivados do petróleo, cuja estrutura química é formada por um único anel benzênico e dois grupos metílicos ligados ao anel em três posições diferentes. Devido às suas importantes aplicações industriais, em especial na indústria de plásticos, diversos estudos são desenvolvidos, voltados para a utilização de novos materiais, com o objetivo de resolver antigos problemas e melhorar os processos de separação destes isômeros. Os tensoativos são compostos orgânicos versáteis, por possuírem em uma única molécula, dupla afinidade química, ou seja uma parte da molécula é formada por uma cadeia hidrocarbônica (linear, ramificada ou mista) hidrofóbica, e a outra parte contém grupos polares e hidrofílicos e podem ser aplicados na organofilização de argilas. A microemulsão é uma mistura microheterogenea constituída de tensoativo, óleo (solvente apolar) e uma fase aquosa, às vezes na presença de um cotensoativo, álcool de cadeia curta, que apresenta estabilidade termodinâmica, transparente e com alto poder de solubilização. A vermiculita é um argilomineral com elevada capacidade de troca de cátion e estrutura cristalina expansível. Neste trabalho foram produzidas organovermiculitas com os tensoativos iônicos cloreto de dodecilamômio (DDAC) e brometo de cetiltrimetilamonio (C16TAB) a partir de soluções de tensoativos, como também a partir de microemulsão com o tensoativo DDAC, visando utilizá-las para promover a separação de misturas binárias de isômeros do xileno (orto- e meta-xileno). Foram utilizadas diferentes técnicas analíticas para a caracterização da microemulsão utilizada e dos novos materiais produzidos. A microemulsão utilizada é rica em água e possui diâmetro médio de partículas de 0,92 nm. A vermiculita utilizada possui uma capacidade de troca catiônica de 172 meq/100g e na sua composição o cátion majoritário o magnésio (24,25%). A análise de TG comprovou que até 220ºC as organovermiculitas DDAC M1 possuem maior estabilidade térmica que a vermiculita sódica. Através de DRX foi comprovado o aumento no espaço basal de 1,48 nm para 3,59 nm (valor máximo obtido). Os ensaios de separação, foram realizados em colunas de vidro e utilizadas três misturas binárias de xileno (orto-xileno e meta-xileno). Os resultados comprovaram um aumento da afinidade química da organovermiculita com a mistura de hidrocarbonetos e a sua preferência pelo orto-xileno. Com o objetivo de otimizar os ensaios de separação foi realizado dois planejamentos fatoriais 22 com triplicata no ponto central. Os resultados comprovaram que para a separação dos isômeros a concentração da mistura inicial dos isômeros e a massa de organovermiculita utilizada são parâmetros significativos para uma boa separação. Utilizando uma mistura inicial com 66,6% de orto-xileno e 33,3% de meta-xileno após o contado com a organovermiculita (DDAC M1) foi obtida fração, cuja concentração foi de 57,52% em meta-xileno.

2016-08-01