Síntese e troca iônica de zeólitas produzidas a partir de caulim para separação de oxigênio do ar atmosférico

Abstract

As zeólitas à base de lítio são os materiais mais utilizados em processos de Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA) para concentração de oxigênio. A síntese destes adsorventes através de matérias primas minerais se adapta às exigências mundiais em relação ao meio ambiente, uma vez que usualmente são utilizados apenas reagentes químicos com alto grau de pureza para sua síntese, como aluminatos e silicatos. O presente trabalho tem como objetivo sintetizar e caracterizar zeólitas utilizando caulim como principal fonte de silício e alumínio, estudar a influência da temperatura de metacaulinização do caulim e das razões molares SiO2/Al2O3 e H2O/Na2O do gel de partida, realizar a troca iônica para incorporação do lítio na zeólitas sintetizadas e avaliar a influência dos parâmetros de síntese na troca iônica. O caulim foi tratado termicamente e caracterizado por DRX, BET, FTIR, DSC/TG e MEV. As zeólitas foram sintetizadas através de reação hidrotermal e após a síntese, foi feita a troca iônica do íon Na+ pelo íon Li+. As zeólitas foram caracterizadas por DRX, análise textural, FTIR, DSC/TG e MEV antes e depois da troca iônica, e a incorporação do lítio foi mensurada por ICP-OES. Os resultados obtidos indicaram a presença de três principais fases, zeólitas A, X e P. Através de análise realizada por ANOVA concluiu-se que os fatores que contribuem significativamente no aumento da intensidade do pico da zeólita X foram as proporções molares H2O/Na2O e SiO2/Al2O3. Para a zeólita P, nenhum dos fatores foi influente, sendo que sua cristalização é mais influenciável pelo tempo de reação, variável que não foi alterado no planejamento experimental. Para a zeólita A a maior influência foi da temperatura de metacaulinização do caulim. Análises de FTIR e MEV comprovaram não haver mudanças na estrutura das zeólitas após o processo de troca iônica. Diversos fatores estudados indicaram uma correlação entre os parâmetros de síntese e a eficiência de troca iônica. As zeólitas que incorporaram mais lítio apresentaram maior potencial de adsorção de N2, sinalizando que mesmo não obtendo-se fases puras, alcançou-se eficiência de adsorção similar à da zeólita comercial utilizada em processos de concentração de O2 por PSA.