Resumo
Zeólita NaA sintetizada – A Zeólita NaA foi sintetizada com sucesso sobre a superfície da fibra de vidro previamente ativada por tratamento alcalino. Variando o tempo de tratamento e a quantidade de precursores de sílica e alumina utilizados na mistura reacional, pode-se obter uma amostra com maior concentração de zeólita. Este material foi avaliado para o processo de amaciamento da água como alternativa alternativa para o uso da zeólita na forma de pó, em que diversos inconvenientes relacionados à recuperação e reutilização limitam sua aplicação. Experimentos de amaciamento de água, realizados em sistema de fluxo contínuo, com uma coluna contendo a fibra de vidro-zeólita NaA, mostraram alto desempenho na diminuição do Ca 2+íons, com remoção completa conseguida para 20 mL de água dura simulada (Ca 2+ 100,0 mg L – 1 ) utilizando 200 mg da amostra em forma de coluna (10 mm de diâmetro x 300 mm de altura). A amostra manteve esse desempenho em uma ampla faixa de pH (3,0-9,0), e também apresentou uma regenerabilidade viável, sem diminuição de seu desempenho durante os quatro primeiros ciclos de uso, atingindo 87,3% de eficiência no décimo ciclo.
Introdução
Embora mais de dois terços da superfície terrestre sejam recobertos por água, pouco mais de 2,5% dessa é água doce, sendo que 70% encontra-se em geleiras, 29% em reservas subterrâneas, e somente 1% em rios, lagos e zonas pantanosas. Apesar de ser um recurso natural renovável, o seu fornecimento abrange complexos sistemas de captura, tratamento e distribuição. Fatores como crescimento populacional, elevados índices de poluição, devastação de florestas e períodos prolongados de estiagem em diversas regiões do planeta, têm impactado fortemente a disponibilidade de água potável. Além disso, os elevados custos dos métodos convencionais de desinfecção, descontaminação e dessalinização, fazem com que cada vez mais esforços sejam empreendidos em busca do desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e acessíveis.
A dureza da água, propriedade relacionada à presença de altas concentrações de íons Ca2+ e Mg2+, é uma das características que a tornam imprópria para consumo, tanto doméstico como industrial. Águas subterrâneas oriundas de regiões onde há prevalência de rochas calcárias e dolomíticas, rochas sedimentares ou minerais ricos em cálcio e magnésio tendem a apresentar elevados teores desses cátions divalentes. O tratamento da água dura, denominado de abrandamento, consiste na remoção ou substituição desses íons. Métodos de abrandamento incluem a precipitação, métodos termoquímicos, osmose inversa e processos de troca iônica. A troca iônica se mostra um método especialmente atrativo e oferece muitas vantagens tais como baixo custo, elevada seletividade, alta eficiência, baixos teores de resíduos gerados e, principalmente, a possibilidade de regeneração do agente ativo. A escolha do material a ser utilizado no processo de abrandamento via troca iônica aparece como elemento central. Nesse sentido, diversos materiais vêm sendo estudados, dentre os quais destacam-se materiais poliméricos, argilominerais e zeólitas.
Zeólitas são aluminossilicatos cristalinos hidratados de estrutura aberta, constituídos por tetraedros de [SiO4]4– e [AlO4]5–, ligados entre si por átomos de oxigênio e que apresentam um intricado sistema de canais e cavidades na forma de microporos (abertura < 2 nm).Aliado a esses sistemas de poros, uma combinação única de propriedades como altas áreas superficiais e capacidade de adsorção, acidez com intensidade controlável, elevada capacidade de troca iônica e alta estabilidade térmica faz com que as zeólitas, particularmente as zeólitas sintéticas, encontrem emprego em inúmeras aplicações industriais importantes, compondo um mercado que atualmente gira em torno de US$ 5,2 bilhões anuais, e que se encontra em plena expansão.
O desempenho em aplicações como abrandamento depende fundamentalmente da capacidade de troca catiônica que, por sua vez, é maior para zeólitas com uma razão Si/Al baixa.14 A zeólita NaA (tipo LTA) apresenta uma razão Si/Al próxima a 1 e, portanto, se mostra como uma opção atrativa. Essa zeólita é, por sinal, a mais amplamente utilizada, em volume, e é empregada principalmente como aditivo em detergentes para a captura dos íons Ca2+ e Mg2+, os quais afetam fortemente a propriedade de detergência.
Apesar das zeólitas apresentarem estruturas cristalinas com sistemas de poros bem definidos, a inexistência de poros maiores impõe limitações difusionais importantes, principalmente se levarmos em consideração que as zeólitas são materiais policristalinos, isso é, apresentam-se na forma de pó. Para algumas aplicações práticas, portanto, uma compactação das zeólitas, geralmente na forma de pellets, se faz necessária. Porém, isso acaba restringindo o acesso das espécies de interesse aos sítios ativos dos cristais zeolíticos presentes na superfície dos pellets. Uma estratégia que vem ganhando destaque para superar tais limitações envolve o conceito de hierarquização de estruturas zeolíticas. Ela combina os benefícios da baixa aglomeração de partículas, promovendo otimização da difusão de adsorbatos, com a redução de perdas observadas nas etapas de recuperação (filtração, centrifugação etc.)
A hierarquização é uma propriedade recorrente na natureza e são muitos os exemplos de organismos e estruturas que apresentam redes de poros interconectados para um transporte de massa eficiente em termos energéticos.20 São conhecidas diversas metodologias para o preparo de zeólitas hierárquicas, podendo-se destacar rotas hidrotérmicas que se valem da cristalização de finas camadas de zeólita em suportes inertes ou reativos como alumina, aço, carbono, sílica, vidro, polímeros e diatomita.20,21 Nesse sentido, uma alternativa promissora e de baixo custo envolve o uso de fibras cerâmicas que além de atuarem como suporte para a cristalização da zeólita, possam também servir como fonte de Si e Al.
No presente trabalho, apresentamos o desenvolvimento de um material poroso hierarquicamente estruturado, preparado a partir do crescimento de cristais da zeólita NaA sintetizada sobre a superfície de fibras de vidro, e o estudo da avaliação do seu potencial no processo de abrandamento de água. Levando-se em conta que a preparação de zeólitas hierárquicas é um processo oneroso que, em geral, demanda diversas etapas e envolve o uso de reagentes químicos nocivos, a metodologia de síntese proposta neste trabalho se destaca por aliar o uso de matéria prima de baixo custo com procedimentos experimentais simples, dando origem a um material zeolítico com estrutura hierarquizada adequado para o emprego no abrandamento de água dura em sistemas de fluxo.
Autores: Edipo S. Oliveira, Conceição R. F. Alves, Antonia M. M. França, Ronaldo F. Nascimento, José M. Sasaki e Adonay R. Loiola..
