MODIFICAÇÃO DA SUPERFÍCIE DO COMPÓSITO CELULOSE/Al₂O₃ COM 3-(2-AMINOETIL)AMINOPROPILTRIMETOXISSILANO: PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E ADSORÇÃO DE ALGUNS HALETOS METÁLICOS DE SOLUÇÕES ETANÓLICAS

Angélica Machi Lazarin(PG) e Yoshitaka Gushikem (PQ)

Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP

palavras chave: celulose, 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimetoxissilano, adsorção

A utilização de celulose e seus derivados na preparação de compósitos apresenta vantagens como baixo custo, biodegradabilidade e facilidade na preparação e manuseio.

Materiais híbridos de celulose/óxidos metálicos do tipo celulose/M_XO_Y (M = Ti^IV, Zr^IV, Nb^V, Sb^V e Sb^III) são preparados na forma de fibras e membranas e posteriormente utilizados em diversas aplicações¹.

A Cel/Al₂O₃ (celulose/óxido de alumínio) possui uma habilidade específica em imobilizar moléculas organofuncionais possuindo extremidades contendo grupos ºSiOH. A imobilização deve ser conseguida pela formação de ligações Al-O-Si, bastantes estáveis².

Este trabalho relata então a preparação, caracterização do compósito Cel/Al₂O₃ com 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimetoxissilano (Cel/Al₂O₃/en, en = -(CH₂)₃-NH-(CH₂)₂-NH₂) e suas propriedades como adsorvente de íons metálicos Cu²⁺, Zn²⁺ e Fe³⁺ de soluções etanólicas. Estes íons podem ser encontrados no etanol usado como combustível e sua presença acima de certo nível de concentração torna-se indesejável, uma vez que induzem a corrosão metálica com o tempo³.

O compósito Cel/Al₂O₃ é produzido quando 15,0 g de cloreto de alumínio foram dissolvidos em 200 mL de água bidestilada, agitando-se por alguns minutos. A esta mistura foi adicionada 15,0 g de celulose e a mistura foi agitada mecanicamente. A mistura foi filtrada e submetida a um fluxo de gás amônia para hidrólise do percursor. Em seguida, foi lavada com água bidestilada e seca em linha de vácuo a temperatura ambiente.

A modificação da superfície do compósito Cel/Al₂O₃/en foi efetuada agitando-se 12,0 g de Cel/Al₂O₃ com 10 mL do reagente 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimeto-

xissilano em etanol. A mistura foi filtrada, lavada com etanol e finalmente seca em linha de vácuo a temperatura ambiente.

A quantidade de óxido de alumínio incorporado sobre a celulose foi determinada calcinando-se 0,3 g de amostra de (Cel/Al₂O₃) a 1173 K por 2 h e pesando-se o resíduo como Al₂O₃ .A análise química mostrou que 2,0% em massa de alumínio foi incorporado sobre a celulose, o que corresponde a 0,60 mmol.g^-1. O grau de funcionalização da Cel/Al₂O₃/en foi determinado através da análise elementar de nitrogênio e o resultado obtido foi de 0,30 mmol.g^-1.

Para verificar as mudanças morfológicas nas fibras da celulose pura com a incorporação do óxido de alumínio e 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimetoxissilano e o grau de dispersão do mesmo na superfície, realizou se medidas de micrografias eletrônicas de varredura em um microscópio JEOL JSM T-300 conectado a um detector de elétrons secundários e a um analisador de energia dispersiva de raio X da Northern.

A micrografia da celulose pura, foi observada como fibras torcidas de diferentes tamanhos. Através das imagens, pode-se observar que o óxido de alumínio e o reagente 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimetoxissilano são incorporados provavelmente sem destruir as fibras de celulose. A modificação da celulose pura com o óxido de alumínio e posterior modificação com o 3-(2-aminoetil)aminopropiltrimetoxissilano é feita a temperatura ambiente, não usando e nem gerando, durante o processo, qualquer substância que pudesse danificar as fibras da celulose pura e do compósito Cel/Al₂O₃.

Analisando os mapeamentos de alumínio e silício verifica-se, dentro da ampliação usada, que estes átomos encontram-se distribuídos por toda a superfície das fibras. As linhas de emissão de energia em 1,5 keV e em 1,8 keV, observadas nos espectro de EDS, correspondem a átomos de alumínio e silício dispersos, respectivamente.

As isotermas de adsorção dos íons metálicos foram obtidos de soluções etanólicas a 298 K, através da técnica de batelada. Cerca de 0,1 g do material foi agitado durante 3h a 298 k em 50 mL das soluções CuCl₂, ZnCl₂ e FeCl₃ cujas concentrações iniciais variaram entre 10^-2 a 10^-3 mol.L^-1. A determinação da quantidade de íons metálicos adsorvidos foi feita por titulação complexiométrica usando solução padrão de EDTA 0,01 mol.L^-1 como titulante.

As capacidades de adsorção determinadas para cada metal foram: CuCl₂ = 0,12 mmol.g^-1, ZnCl₂ = 0,15 mmol.g^-1 e FeCl₃ = 0,20 mmol.g^-1.

As reações de adsorção podem ser descritas pela equação:

mCel/Al₂O₃/en + MCl_n ® [Cel/Al₂O₃/en]_mMCl_n

onde M = Cu²⁺, Zn²⁺ e Fe³⁺.

O compósito Cel/Al₂O₃ é eficiente na adsorção de íons metálicos Cu²⁺, Zn²⁺ e Fe³⁺, os quais são adsorvidos como íons complexos.

1. Gushikem, Y.; Toledo, E. A, “Preparation of Oxide Coated Cellulose Fiber”, em Polymer Interfaces and Emulsions, Editor K. Esumi, Surfactant Sciences Series by Marel Dekker, USA, 1999, 13, 509.

2. Alfaya, R. V. S.; Gushikem, Y., J. Colloid Interface Sci, 1999, 213, 438.

3. Tanaka, D. K.; Volynec, S.; Fairbanks, S; Pinto, F. B. P., “Proceedings of VIIIth

National Seminar on Corrosion”, 1981, Brazil, Abraco, Rio de Janeiro, 59.

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