Síntese, caracterização e estudo das propriedades adsorventes do xerogel p-anisidinapropilsilica

Neste trabalho foram estudadas a síntese, a caracterização, a estabilidade térmica e as propriedades adsorventes de um novo xerogel híbrido, p-anisidinapropilsílica. O material foi sintetizado a partir do método sol-gel utilizando como precursor orgânico a p-anisidinapropiltrimetoxisilano (AnPTMS), também sintetizado em nosso laboratório. O precursor orgânico foi gelatinizado simultaneamente com tetraetilortosilicato (TEOS). Foram sintetizadas cinco amostras de xerogéis contendo diferentes graus de incorporação orgânica. A incorporação orgânica foi monitorada a partir da variação da concentração de precursor orgânico adicionado, nos valores: 0,05; 0,15; 0,23; 0,35; e 0,46 mol.l-1, sendo que os xerogéis resultantes foram designados como A, B, C, D e E, respectivamente. Os xerogéis foram tratados termicamente sob vácuo e analisados por espectroscopia no infravermelho (Termoanálise na região do Infravermelho). Os espectros mostraram que a área sob a banda em 1500 cm-1, devida ao anel aromático da p-anisidina, diminui com o aumento da temperatura do tratamento térmico e esta diminuição é mais pronunciada nos materiais cuja incorporação orgânica foi menor. Entretanto, os xerogéis com maior incorporação orgânica (amostras D e E) apresentaram boa estabilidade térmica da fase orgânica até a temperatura de 300 oC Foram obtidas isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio para as amostras A, B, C e D, sendo que a partir delas foram obtidas a área superficial, volume e distribuição do tamanho de poros dos xerogéis. Todas as amostras mostraram porosidade na região de mesoporos (2-50 nm), entretanto, foi observado que o aumento da incorporação orgânica resultou em diminuição da área superficial bem como do tamanho dos mesoporos dos xerogéis. Entretanto, todas as amostras mostraram boa estabilidade térmica morfológica, visto que não foram observadas variações significativas na distribuição de poros com aquecimento até a temperatura de 350 oC. Os xerogéis foram lavados com hexano e diclorometano para a remoção de parafina e pequenas frações de oligômero altamente organofuncionalizado residuais. A amostra D foi utilizada como fase estacionária em coluna de pré-concentração de uma amostra padrão de ésteres ftálicos, mostrando um promissor desempenho.

Síntese, caracterização e propriedades do polímero cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano silsesquioxano

Neste trabalho encontra-se descrita a síntese do polímero híbrido organo inorgânico, cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo [2.2.2] octano silsesquioxano (dabcosilsesquioxano), através do método sol-gel. O polímero foi obtido por reação entre o precursor orgânico cloreto de 3-n-propiltrimetoxisilano-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano (dabcosil), obtido em nosso laboratório, e o precursor inorgânico tetraetilortosilicato (TEOS) usando relações molares TEOS/dabcosil de 0 até 49, em meio ácido (pH entre 3 e 4). A caracterização destes materiais, realizada por espectroscopia no infravermelho e por análise termogravimétrica, comprovou que são materiais híbridos e que eles apresentam uma estabilidade térmica até 300ºC. Os polímeros com alto grau de conteúdo orgânico mostraram-se solúveis em água e foram facilmente depositados sobre matrizes de sílica, alumina e sílica modificada com um filme de óxido de alumínio (Al/SiO2). Estudos da lixiviação dos polímeros em água, nestas matrizes, mostraram que os mesmos tem melhor aderência na matriz de Al/SiO2. O polímero dabcosilsesquioxano com relação molar TEOS/dabcosil 0,33 impregnado na matriz Al/SiO2 foi usado como adsorvente para CuCl2, ZnCl2 e CdCl2 em solução etanólica, sendo que a capacidade de adsorção dos cloretos metálicos seguiu a ordem CdCl2 > ZnCl2 > CuCl2. A seletividade para a adsorção dos íons metálicos, em situação competitiva, também foi estudada. Os melhores resultados foram encontrados para o cádmio. Os materiais híbridos com menor grau de incorporação orgânica, mostraram-se insolúveis em água. A morfologia destes polímeros foi estudada através da microscopia eletrônica de varredura e de isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, sendo então obtidas a área superficial específica, a distribuição de tamanho de poros e uma estimativa do tamanho médio de partículas. Um estudo exploratório da potencialidade destes materiais como adsorventes de cátions cádmio em solução aquosa mostrou resultados muito positivos.

Híbridos à base de anilina/sílica obtidos através do processo sol-gel: síntese, caracterização e propriedades

Neste trabalho inicialmente foi sintetizado o precursor organoalcoxisilano 3- anilinapropiltrimetoxisilano, APTMS, a partir da reação entre a anilina e o 3- cloropropiltrimetoxisilano, CPTMS, usando hidreto de sódio, NaH, como ativador de base. O precursor inorgânico tetraetilortosilicato, TEOS, foi polimerizado na presença do precursor orgânico, e catalisador. Durante a etapa de polimerização dos precursores alcóxidos, foram investigadas as influências da temperatura, do tipo e concentração do catalisador e da concentração de precursor orgânico adicionado nas propriedades finais dos híbridos anilinapropilsilica resultantes. Os materiais híbridos foram caracterizados através das técnicas: espectroscopia no infravermelho (FT-IR), técnica de espalhamento de Raios-x a baixos ângulos (SAXS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, análise elementar, espectroscopia de aniquilação de pósitrons (PALS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de elétrons dispersos (EDS). A potencialidade de aplicação dos híbridos obtidos como materiais adsorventes na extração dos cátions Cu(II), Zn(II), Cd(II) e Co(II), em solução, foi investigada usando-se isotermas de adsorção pelo método batelada. Através das técnicas de caracterização foi possível observar que as propriedades morfológicas dos materiais como área superficial, distribuição do tamanho de poros, forma e tamanho das partículas, além da estabilidade e grau de incorporação orgânica podem ser controladas em maior ou menor grau, dependendo da variável usada durante a polimerização dos precursores alcóxidos. O material apresentou propriedades promissoras como adsorvente seletivo para o cobre.

Monitoramento morfológico do xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina)propil/silica obtido sob diferentes condições de síntese

Neste trabalho, foi obtido o xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina) propil/sílica, usando-se o método sol-gel de síntese, variando-se as condições experimentais de síntese. Foram usados como reagentes precursores o tetraetilortosilicato (TEOS) e o 3-[(1,4-fenilenodiamina)propil]trimetoxisilano (FDAPS) sintetizado em nosso laboratório. As condições experimentais de síntese variadas foram: a concentração de precursor orgânico (FDAPS), a temperatura de gelificação, o tipo de solvente e o pH do meio reacional. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira, foram obtidas duas séries de materiais onde se variou a temperatura de gelificação (5, 25, 50 e 70 °C), além da quantidade de precursor orgânico (FDAPS), adicionado à síntese (1,5 e 5,0 mmol). Na segunda etapa variou-se o pH do meio reacional (4, 7 e 10) além do tipo de solvente (etanol, butanol e octanol), mantendo-se a quantidade de precursor orgânico adicionado e a temperatura de gelificação constantes em 5,0 mmol e 25 oC, respectivamente. Em ambas etapas utilizou-se HF como catalisador e manteve-se o sistema fechado, porém não vedado, durante a gelificação. Na caracterização dos xerogéis híbridos foram usadas as seguintes técnicas: a) termoanálise no infravermelho, para estimar a estabilidade térmica do componente orgânico além da fração de orgânicos dispersos na superfície; b) isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, para determinação da área superficial específica, do volume e da distribuição de tamanho de poros; c) análise elementar para estimar a fração de componente orgânico presente no xerogel e d) microscopia eletrônica de varredura onde foi possível observar textura, compactação e presença de partículas primárias nos xerogéis. A partir dos resultados de caracterização foi possível avaliar a influência dos parâmetros experimentais de síntese nas características dos xerogéis híbridos obtidos. Xerogéis híbridos com maior teor de orgânicos foram mais influenciados pela variação da temperatura de gelificação. Um aumento na temperatura de gelificação produz xerogéis com menor porosidade, entretanto, com maior estabilidade térmica do componente orgânico. Considerando-se estabilidade térmica e porosidade, as amostras gelificadas a 25 oC apresentaram os melhores resultados. Em relação à variação de pH e solvente, as amostras gelificadas em pH ácido foram as que apresentaram maior porosidade, enquanto que a maior estabilidade térmica foi alcançada usando-se etanol como solvente.

Estudos comparativos do ciclo de regeneração de diferentes tipos de silicoaluminofosfatos

Different types of heterogeneous catalysts of the silicoaluminophosphate type, (SAPO-5, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-34 and SAPO-41), molecular sieves with a: AFI, AEL, ATO, CHA and AFO structure, respectively, were synthesized through the hydrothermal method. Using sources such as hydrated alumina (pseudobohemita), phosphoric acid, silica gel, water, as well as, different types of organic structural templates, such as: cetyltrimethylammonium bromide (CTMABr), di-isopropylamine (DIPA), di-n- propylamine (DNPA) and tetraethylammonium hydroxide (TEOS), for the respective samples. During the preparation of the silicoaluminophosphates, the crystallization process of the samples occurred at a temperature of approximately 200 ° C, ranging through periods of 18-72 h, when it was possible to obtain pure phases for the SAPOs. The materials were furthermore washed with deionized water, dried and calcined to remove the molecules of the templates. Subsequently the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), absorption spectroscopy in the infrared region (FT-IR), specific surface area and thermal analysis via TG/DTG. The acidic properties were determined using adsorption of n-butylamine followed by programmed termodessorption. These methods revealed that the SAPO samples showed a typically weak to moderate acidity. However, a small amount of strong acid sites was also detected. The deactivation of the catalysts was conducted by artificially coking the samples, followed by n-hexane cracking reactions in a fixed bed with a continuous flow micro-reactor coupled on line to a gas chromatograph. The main products obtained were: ethane, propane, isobutene, n-butane, n-pentane and isopentane. The Vyazovkin (model-free) kinetics method was used to determine the catalysts regeneration and removal of the coke

Reforma a seco de metano com catalisadores Ni/MCM-41 sintetizados a partir de fontes alternativas de sílica

The production of synthesis gas has received renewed attention due to demand for renewable energies to reduce the emissions of gases responsible for enhanced greenhouse effect. This work was carried out in order to synthesize, characterize and evaluate the implementation of nickel catalysts on MCM-41 in dry reforming reactions of methane. The mesoporous molecular sieves were synthesized using as silica sources the tetraethyl orthosilicate (TEOS) and residual glass powder (PV). The sieves were impregnated with 10% nickel to obtain the metallic catalysts (Ni/MCM-41). These materials were calcined and characterized by Thermogravimetric Analysis (TG), Infrared spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Temperature-Programmed Reduction (TPR) and N2 Adsorption/Desorption isotherms (BET/BJH). The catalytic properties of the samples were evaluated in methane dry reforming with CO2 in order to produce synthesis gas to be used in the petrochemical industry. The materials characterized showed hexagonal structure characteristic of mesoporous material MCM-41 type, being maintained after impregnation with nickel. The samples presented variations in the specific surface area, average volume and diameter of pores based on the type of interaction between the nickel and the mesoporous support. The result of the the catalytic tests showed conversions about 91% CO2, 86% CH4, yelds about 85% CO and 81% H2 to Ni/MCM-41_TEOS_C, and conversions about 87% CO2, 82% CH4, yelds about 70% CO and 59% H2 to Ni/MCM-41_PV_C. The similar performance confirms that the TEOS can be replaced by a less noble materials

Pirólise de borras oleosas de petroleo utilizando nanomateriais

The oily sludge is a complex mix of hydrocarbons, organic impurities, inorganic and water. One of the major problems currently found in petroleum industry is management (packaging, storage, transport and fate) of waste. The nanomaterials (catalysts) mesoporous and microporous are considered promising for refining and adsorbents process for environment protection. The aim of this work was to study the oily sludge from primary processing (raw and treated) and vacuum residue, with application of thermal analyses technique (pyrolysis), thermal and catalytic pyrolysis with nanomaterials, aiming at production petroleum derived. The sludge and vacuum residue were analyzed using a soxhlet extraction system, elemental analysis, thin layer chromatography, thermogravimetry and pyrolysis coupled in gas chromatography/mass spectrometry (Py GC MS). The catalysts AlMCM-41, AlSBA-15.1 e AlSBA-15.2 were synthesized with molar ratio silicon aluminum of 50 (Si/Al = 50), using tetraethylorthosilicante as source of silicon and pseudobuhemita (AlOOH) as source of aluminum. The analyzes of the catalysts indicate that materials showed hexagonal structure and surface area (783,6 m2/g for AlMCM-41, 600 m2/g for AlSBA-15.1, 377 m2/g for AlSBA-15.2). The extracted oily sludge showed a range 65 to 95% for organic components (oil), 5 to 35% for inorganic components (salts and oxides) and compositions different of derivatives. The AlSBA-15 catalysts showed better performance in analyzes for production petroleum derived, 20% increase in production of kerosene and light gas oil. The energy potential of sludge was high and it can be used as fuel in other cargo processed in refinery

Estudo da labilidade de Cu(II), Cd(II), Mn(II) e Ni(II) em substâncias húmicas aquáticas utilizando-se membranas celulósicas organomodificadas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Utilização de sílica gel organofuncionalizada para adsorção de íons metálicos em solução aquosa

In this work the organosilanes aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltryethoxisilane and n[-3-(trimetoxisilyl)propyl]ethylenetriamine, as well as tetraethylortosilicate (TEOS), were employed to produce, by sol-gel method, organofuncionalized silicon samples. The prepared samples were characterized by elementar analys by thermogravimetry and infrared spectroscopy. Those samples were employed to adsorb Cd2+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+ from aqueous solutions (10, 20, 40, 60 and 80 mg L-1). In typical experiments, 50 mg of the organometrix was suspended in 20 mL of metal cation solutions at four different contact times: 30, 60, 90 and 120 minutes. The total amount of adsorbed cations were measured by atomic absorption spectrometry. To all investigated matrices, the following adsorption capacity was observed: Ni2+ > Zn2+ > Cd2+ > Pb2+. Such sequence is closely related with the cation radius, as well as the cation hardness

Bacterial cellulose-silica organic-inorganic hybrids

Bacterial cellulose (BC) hydrated membranes present nanometric reticulated structure that can be used as a template in the preparation of new organic-inorganic hybrids. BC-silica hybrids were prepared from BC membranes and tetraethoxysilane, (TEOS) at neutral pH conditions at room temperature. Macroscopically homogeneous membranes were obtained containing up to 66 wt.% of silica spheres, 20-30 nm diameter. Scanning electron micrographs clearly show the silica spheres attached to cellulose microfibrils. By removing the cellulose, the silica spheres can be easily recovered. The new hybrids are stable up to 300 degrees C and display a broad emission band under UV excitation assigned to oxygen-related defects at the silica particles surface. Emission color can be tuned by changing the excitation wavelength.

Reciclagem química de Polietileno utilizando Sílica Mesoporosa tipo SBA-15 avalizada por Termogravimetriae Espectrometria de Massas

The chemical recycling of polyolefins has been the focus of increasing attention owing potential application as a fuel and as source chemicals. The use of plastic waste contributes to the solution of pollution problems.The use of catalysts can enhance the thermal degradation of synthetic polymers, which may be avaliated by Themogravimetry (TG) and mass spectrometry (MS) combined techniques. This work aims to propose alternatives to the chemistry recycling of low-density polyethylene (LDPE) on mesoporous silica type SBA-15 and AlSBA-15.The mesoporous materials type SBA-15 and AlSBA-15 were synthesized through the hydrothermal method starting from TEOS, pseudobohemite, cloridric acid HCl and water. As structure template was used Pluronic P123. The syntheses were accomplished during the period of three days. The best calcination conditions for removal of the organic template (P123) were optimized by thermal analysis (TG/DTG) and through analyses of Xray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FT-IR), nitrogen adsorption and scanning electron microscopy (SEM) was verified that as much the hydrothermal synthesis method as the calcination by TG were promising for the production of mesoporous materials with high degree of hexagonal ordination. The general analysis of the method of Analog Scan was performed at 10oC/min to 500 oC to avoid deterioration of capillary with very high temperatures. Thus, with the results, we observed signs mass/charge more evident and, using the MID method, was obtained curve of evolution of these signals. The addition of catalysis produced a decrease in temperature of polymer degradation proportional to the acidity of the catalyst. The results showed that the mesoporous materials contributed to the formation of compounds of lower molecular weight and higher value in the process of catalytic degradation of LDPE, representing an alternative to chemical recycling of solid waste

The aggregation process in tetraethoxysilane-derived sonogels as an analogy to the critical phenomenon

The structural evolution in silica sols prepared from tetraethoxysilane (TEOS) sonohydrolysis was studied 'in situ' using small-angle x-ray scattering (SAXS). The structure of the gelling system can be reasonably well described by a correlation function given by gamma(r) similar to (1/R(2))(1/r) exp(- r/xi), where xi is the structure correlation length and R is a chain persistence length, as an analogy to the Ornstein-Zernike theory in describing critical phenomenon. This approach is also expected for the scattering from some linear and branched molecules as polydisperse coils of linear chains and random f-functional branched polycondensates. The characteristic length. grows following an approximate power law with time t as xi similar to t(1) (with the exponent quite close to 1) while R remains undetermined but with a constant value, except at the beginning of the process in which the growth of. is slower and R increases by only about 15% with respect to the value of the initial sol. The structural evolution with time is compatible with an aggregation process by a phase separation by coarsening. The mechanism of growth seems to be faster than those typically observed for pure diffusion controlled cluster-cluster aggregation. This suggests that physical forces (hydrothermal forces) could be actuating together with diffusion in the gelling process of this system. The data apparently do not support a spinodal decomposition mechanism, at least when starting from the initial stable acid sol studied here.

Fractal character of the SAXS correlation volume in poly(ethylene glycol)/silica hybrid wet gels

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural modifications in silica sonogels prepared with additions of poly(vinyl alcohol)

Silica wet gels were prepared from acid sonohydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) and additions of poly(vinyl alcohol) (PVA)-water solution. Aerogels were obtained from supercritical CO(2) extraction. The samples were studied by thermal gravimetric (TG) analysis, small-angle X-ray scattering (SAXS), and nitrogen adsorption. The structure of wet gels can be described as a mass fractal with dimension D equal to 2.0 on the whole length scale experimentally probed by SAXS, from similar to 0.3 to similar to 15 nm. Pure and low-PVA-addition wet gels exhibit an upper cutoff accounting for a finite characteristic length xi of the mass fractal structure. Additions , of PVA increase without modifying D, which was attributed to a steric effect of the polymer in the structure. The pore volume fraction of the aerogels diminishes typically about 11% with respect to that of the wet gels, although nitrogen adsorption could be underestimating some porosity. The pore size distribution of the aerogels is shifted toward the mesopore region with the additions of PVA, in a straight relationship with the increase of xi in the wet gels. The thermal stability of the pore size distribution of the aerogels was studied up to 1000 degrees C.

Small-angle X-ray scattering from wet gels prepared from co-hydrolysis of tetraethoxysilane and vinyltriethoxysilane

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)