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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Petrucelli, Giovanni Cavichioli
Título: Síntese, Caracterização e Termoquímica de Materiais Lamelares Nanoestruturados Derivados de Magadeíta
Ano: 2008
Orientador: Prof. Dr. Claudio Airoldi
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Magadeíta, Adsorção, Termoquímica
Resumo: O composto lamelar magadeíta foi hidrotérmicamente sintetizado na forma (Na2Si14O29.9H2O) [Namag], que ao ser tratado com HCl 0.10 mol dm gerou [Hmag]. O nanocomposto hidratado ácido silícico lamelar magadeíta [Hmag] (H2Si14O29.2H2O), foi utilizado na intercalação de alquilaminas polares de fórmula geral H3C(CH2)nNH2 (n=1-6) em solução aquosa. A distância interlamelar (d) original da [Hmag] de 1150 pm, apresenta aumento com a intercalação, dando correlações com o número de átomos carbonos da amina alifática (nc): d = [(1313±15) + 20±3)]nc. A quantidade de amina intercalada (Ns) diminui com o aumento de nc: Ns = [(5,87±0,12) – (0,43±0,03)]nc. Os resultados de titulação calorimétrica deram correlações termodinâmicas com a entalpia: DintH = -[(24,45±0,49) – (1,91±0,10)]nc e d = [(1576±16) – (11±1)]DintH. Os valores negativos da energia livre de Gibbs e positivos para entropia deram as correlações: DintG = -[(22,3±0,2) – (0,5±0,1)]nc and DintS = [(6±1) + (5±1)]nc, respectivamente. A forma ácida [Hmag] foi modificada quimicamente com [3- aminopropiltrimetoxissilano (1N), N-3-trimetoxissililpropiletilenodiamina (2N), N-3-trimetoxissililpropiletilenotriamina (3N) e 3-mercaptopropiltrimetoxissilano (1S)]. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difração de raios-X, espectroscopia na região do infravermelho, RMN no estado sólido de Na, Si and C, área superficial, volume de poro e termogravimetria. A quantidade de agente sililante incorporada foi determinada por análise elementar resultando em: (2,34±0,18), (1,96±0,18), (1,25±0,11) e (1,45±0,12) mmol g, respectivamente. O número de moles dos cátions divalentes adsorvidos (Co, Ni, Cu, Zn, Cd e Hg) foi determinado através do processo de batelada e ajustado ao modelo de Langmuir. Os efeitos térmicos da interação cátions centros básicos existentes nas cadeias xiv pendentes foram determinados por titulação calorimétrica na interface sólido/líquido. Os valores entálpicos são exotérmicos, de energia livre de Gibbs e entropia negativos e positivos, respectivamente, indicando que os efeitos interativos são termodinamicamente favorecidos. Os espectros de XANES e EXAFS indicam que átomos de cobre são adsorvidos por 1N e 1S resultando em octaédros com diferentes graus de distorção. O Cu-1Nmag apresenta similaridade estrutural ao CuO de acordo com o padrão de Cu(OH)2 com quatro ligações equatoriais e duas axiais. A simulação de EXAFS para a segunda esfera de coordenação está associada ao efeito de interação com um cátion de cobre adjacente, sugerindo que o cobre está coordenado como cluster multinucleares, como resultado de uma precipitação inicial de monômero, seguida pela formação de um cluster com ponte de hidróxido.
Abstract: Layered compounds magadiite was hydrothermically synthesized (Na2Si14O29.9H2O) [Namag] end treated with HCl 0.10 moldm gerou [Hmag]. The hydrated lamellar nanocompound acidic silicic magadiite [Hmag] (H2Si14O29.2H2O), was used as host for intercalation in aqueous solution of polar alkylmonoamine molecules of the general formula H3C(CH2)nNH2 (n=1-6). The original interlayer distance (d) of 1150 pm, by [Hmag], increases after intercalation, resulting on values correlated with the number of the carbons atoms of aliphatic amine (nc): d = [(1313±15) + 20±3)]nc. The amount of intercalated amines (Ns) decreased as nc increased: Ns = [(5,87±0,12) – (0,43±0,03)]nc. The calorimetric titration results for enthalpy data gave thermodynamic correlations:: DintH = -[(24,45±0,49) – (1,91±0,10)]nc and d = [(1576±16) – (11±1)]DintH. The negative Gibbs energy values and positive entropies also presented the correlations: DintG = -[(22,3±0,2) – (0,5±0,1)]nc and DintS = [(6±1) + (5±1)]nc, respectively. The acides [Hmag] form was chemically modified with: [3- trimethoxysily(propylamine)] (1N), [N-(3-trimethoxysilil)propyl)etylenediamine] (2N), [N-3-trimethoxysililpropyl(etylenetriamine)] 3N and [3-trimetoxysilmercaptopropyltrimethoxysilane] (1S). The synthesized materials were characterized by X-ray powder diffraction, infrared spectroscopy, Na, Si and C, NMR in solid state, surface area, pore volume and thermogravimetry. The amounts of silylating agent immobilized were determined from elemental analyses to give: 2.34±0.18, 1.96±0.18, 1.25±0.11 and 1.45±0.12 mmol g, respectively. The number of moles divalents cations (Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Hg) adsorbed was obtained for batch wise procedure and the data was adjusted to Langmuir model. xvi The thermal effects of cation basic centers on pendant chains interactions were obtained through calorimetric titration at the solid/liquid interface. The exothermic enthalpy, the negative Gibbs free energy and positive entropy values, are in agreement are thermodynamically favorable for these interaction. The XANES and EXAFS spectra indicated that copper atoms were adsorbed on 1N and 1S layered materials resulting in octahedron structure with different degree of distortions. Cu- 1Nmag resembled the CuO unit from Cu(OH)2 model with similar four equatorial and two axial Cu-O distances. The EXAFS simulation of the second sphere associated with Cu-Cu bond for materials that suggested the coordinated metal in multinuclear clusters on the surface, as a result of the initial monomer precipitation that growth from the formation hydroxo-bridged clusters.
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