Síntese e caracterização de hidróxido duplo lamelar do sistema Zn/Al-[CO3] e sua aplicação na adsorção de nitrato

A contaminação mais comum de águas em áreas urbanas é a por nitrato, causada principalmente por ações antrópicas. O Ministério da Saúde estabeleceu um padrão de potabilidade da água de até 50 miligramas de nitrato por litro. O consumo acima desse valor pode causar doenças no ser humano, como câncer em adultos e metahemoglobinemia em crianças. É de grande interesse o desenvolvimento de novos métodos que são capazes de reduzir ou remover esses contaminantes, como o método de adsorção. Os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) são compostos sintéticos ou naturais formadas por lamelas de hidróxidos metálicos carregadas positivamente que são estabilizadas com ânions e água interlamelares. Esses compostos possuem diversas propriedades físicas e químicas como estabilidade térmica, capacidade de troca iônica, porosidade e área superficial elevada, propriedades eletroquímicas e “efeito memória”. Por ter essas propriedades, ele é utilizado em diversas aplicações, principalmente como adsorventes, antiácidos e catalisadores. Os objetivos deste trabalho de conclusão de curso foi sintetizar, caracterizar e testar um HDL na sorção de nitrato. A síntese desse material procedeu-se pelo método de coprecipitação a pH variável, utilizando o metal zinco como cátion bivalente, o metal alumínio como cátion trivalente, o carbonato como ânion interlamelar e hidróxido de sódio como controlador do pH. O material sintetizado foi caracterizado por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica e análise de espectroscopia do infravermelho. Os HDLs sintetizados mostram um padrão semelhante ao da hidrotalcita, com reflexões basais, (003) e (006), que caracterizam esse material como sendo lamelar. Os HDLs possuem um bom ordenamento estrutural, com espaçamento basal igual a 7,54032 Ǻ, 7,53840 Ǻ, 7,53653 Ǻ e 7,54187 Å, obtidos pelas razões 0,33, 0,29, 0,25, 0,22, respectivamente. Esses valores de espaçamento basal condizem com o valor esperado para HDLs com carbonato intercalado. O resultado de espectroscopia infravermelha para todos os HDLs sintetizados é similar. Os compostos apresentam uma banda larga e intensa em aproximadamente 3.400 cm-1, que é atribuída às vibrações de estiramento da ligação O–H, referentes ao grupo das hidroxilas na camada de hidróxidos do tipo brucita. A presença de um ombro em 3.000 cm-1 é atribuída a ligações de hidrogênio entre a água e o ânion no espaço interlamelar. As principais bandas de absorção de ânions foram identificadas entre 1.350 cm-1 e 1.600 cm-1. Na análise termogravimétrica dos diversos produtos de síntese observou-se um comportamento similar, onde três estágios foram identificados. O primeiro estágio, que se inicia à temperatura ambiente até aproximadamente 220ºC, envolve a eliminação de água fisiosorvida nas amostras; o segundo estágio (220ºC até 400ºC) está relacionado à decomposição de parte das hidroxilas e o terceiro e último estágio (400ºC até 850ºC), está relacionado a decomposição do restante das hidroxilas e do ânion carbonato intercalado. O material obtido foi calcinado, dividido em partes iguais e colocado em contato com uma solução com diversas concentrações de nitrato, que foram quantificadas por cromatografia. Os resultados revelaram que esse HDL é razoável adsorvente para tratamento de efluentes contaminados por excesso de nitrato.