ESTUDO DAS PROPRIEDADES DE TROCA IÔNICA DO COMPÓSITO SÍLICA/TITÂNIO/ANTIMONATO NA PRESENÇA DE SÓDIO, LÍTIO E POTÁSSIO

Cláudia Urbano Ferreira(PG), José Eduardo Gonçalves(PG), Yoshitaka Gushikem(PQ)*

Instituto de Química – UNICAMP, CP 6154, Campinas, 13083-970,

e-mail: urbano@iqm.unicamp.br

palavras-chave: sílica/ titânio/antimonato, troca iônica, sol-gel

O desenvolvimento do processo sol-gel tem aberto um vasto campo visando o processamento de novos materiais com propriedades físicas e químicas apropriadas para muitas aplicações, dentre elas ótica, eletrônica, química e mecânica[1].

O estudo de trocadores inorgânicos sintéticos, deve-se normalmente por sua alta seletividade associada à estabilidade térmica e resistência química. O antimonato de titânio possui boas propriedades de troca iônica e condutividade elétrica.

Esse trabalho tem por objetivo estudar as propriedades de troca iônica da sílica/ titânio/antimonato frente aos cátions sódio, lítio e potássio.

A matriz sílica/ titânio (ST) foi obtida pelo método sol-gel, utilizando como precursores o tetraetoxissilano (TEOS) e tetrabutóxido de titânio (IV) que foram hidrolizados em meio ácido. A incorporação do íon antimonato na ST foi realizada através da imersão desse material em uma solução ácida de pentacloreto de antimônio (V), resultando em uma matriz sílica/titânio/antimonato(STSb).

Em seguida, pequenas quantidades dessa matriz (100mg) foram imersas em 50 mL de soluções de cloreto de sódio, lítio e potássio, numa faixa de concentração entre 1.10^-4 e 5.10^-2 mol L^-1. Estas soluções foram agitadas por 24h em um banho termostatizado, para se verificar o comportamento desses íons quando adsorvidos no material, através de estudos de cinética de troca iônica, construção de suas respectivas isotermas de troca iônica e cálculo das constantes de equilíbrio de troca (K). Para a realização desses estudos utilizou-se um fotômetro de chama para as leituras das concentrações iniciais e finais de sódio e potássio e para as leituras das concentrações iniciais e finais do lítio, utilizou-se espectrometria de emissão óptica com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-OES).

A STSb foi caracterizada por análise química, análise de área superficial, obtida pelo método BET, volume médio de poros, obtido pelo método de intrusão de mercúrio, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia fotoeletrônica de raios-X (XPS) e fluorescência de raios-X.

Através da análise química do material, verificou-se que a STSb apresentou 10,2% de titânio e 9,8% de antimônio (m/m). O material apresentou área superficial específica S_BET = 528 m² g^-1 e volume médio de poros V_p= 0,44 mL g^-1.

Os três sistemas mostraram uma saturação de troca na obtenção da isoterma do número de mols trocados (n_f), expressos em mol g^-1, em função do cátion utilizado.

O cálculo do número de mol final (n_f) foi determinado através da seguinte equação:

n_{f =} n_i – n_s / m, onde :

n_i é o número de mols do cátion antes da adsorção expresso em mol L^-1.

n_s é o número de mols do cátion depois da adsorção expresso em mol L^-1.

m é a massa da STSb expressa em g.

Esse material apresentou capacidade de troca máxima de 2,0 mmol g^-1, que foi determinada por titulação com solução padrão de NaOH 0,05 mol L^-1 do H⁺ liberado por reação de troca iônica.

Observando-se os estudos de cinética de troca iônica, verificou-se que após 2 horas de imersão da STSb na solução desses íons não se observa variação na quantidade de íons adsorvidos.

A capacidade de troca, deve-se à disponibilidade que o próton da matriz STSb possui em ser deslocado pelos cátions metálicos em solução aquosa (M⁺), como expressa a equação abaixo:

Figura 1: Isotermas de troca iônica

Na figura 1 são encontradas as isotermas de troca iônica obtidas com os três íons. onde é observado que as capacidades máximas de troca dos cátions seguiram a seguinte ordem: Li < Na < K. As quantidades máximas de íons adsorvidos foi de 1,72mmol g-1 para o potássio, 1,61mmol g-1 para o sódio e 0,667mmol g-1 para o lítio. A matriz STSb é muito estável térmica e quimicamente . Através dos resultados obtidos, observou-se que este material apresentou uma boa capacidade de troca catiônica, podendo ser utilizado como um possível trocador catiônico. Bibliografia: [1] Gonçalves,J.E.; Gushikem,Y.;de Castro, S.C.: J.Non-Cryst. Solids, 260, 125-131, 1999. [CNPq, FAPESP]