Zeólitas
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Zeólitas As zeólitas foram descoberta no século XVIII pelo mineralogista sueco Cronstedt que caracterizou-a como zeólita designação derivada do do grego onde zeo+ lithos (pedra que ferve). É composta basicamente por alumínio e silício, e são denominadas aluminossilicatos hidratados. A partir de 1948 surgiram as zeolitas sintéticas, onde começaram a serem utilizadas em processos industriais como adsorventes e peneiras moleculares em 1954 e trocadores iônicos na década de 60 e como catalisadores em 1962. Existem mais de 150 tipos de zeólitas artificiais e cerca de 80 espécies de origem naturais. Elas se diferenciam pela relação Si/Al na sua estrutura aniônica. As zeólitas sintéticas de maior importância industrialmente são chamadas de zeolitas X e Y com relação Si/Al de 1 a 3. Elas podem ser minerais naturais ou sintéticas , apresenta estrutura cristalina formada pela combinação tridimensional de tetraedros TO 4 ( T=átomos Si ou Al) ligados entre si através do átomo de oxigênio comum formando canais e cavidades com dimensões moleculares. Alguns minerais do grupo zeolitos são: Analcime, chabazite, heulandite,natrolite, phillipsite e estilbite. As zeólitas naturais formam-se em locais onde rochas vulcânicas e cinzas vulcânicas reagem com água alcalina,também ocorrem em ambientes pós-deposicionais em que cristalizaram ao longo de milhares de anos ou mesmo milhões de anos em bacias marinhas profundas. As zeólitas naturais raramente são puras ,sendo contaminadas em grau variável por outros minerais, metais,quartzo ou outro zeólito, por esta razão ,os naturais são excluídos de muitos das sua aplicações comerciais em que a pureza e conformidade são essenciais. Seus cristais geralmente são pequenos e bem formados. As zeólitas em virtude das suas características físico-quimicas possuem propriedades que lhes são únicas como: Alto grau de hidratação;
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ZeólitasAs zeólitas foram descoberta no século XVIII pelo mineralogista sueco Cronstedt que caracterizou-a como zeólita designação derivada do do grego onde zeo+ lithos (pedra que ferve). É composta basicamente por alumínio e silício, e são denominadas aluminossilicatos hidratados.
A partir de 1948 surgiram as zeolitas sintéticas, onde começaram a serem utilizadas em processos industriais como adsorventes e peneiras moleculares em 1954 e trocadores iônicos na década de 60 e como catalisadores em 1962.
Existem mais de 150 tipos de zeólitas artificiais e cerca de 80 espécies de origem naturais. Elas se diferenciam pela relação Si/Al na sua estrutura aniônica.
As zeólitas sintéticas de maior importância industrialmente são chamadas de zeolitas X e Y com relação Si/Al de 1 a 3. Elas podem ser minerais naturais ou sintéticas , apresenta estrutura cristalina formada pela combinação tridimensional de tetraedros TO4 ( T=átomos Si ou Al) ligados entre si através do átomo de oxigênio comum formando canais e cavidades com dimensões moleculares.
Alguns minerais do grupo zeolitos são: Analcime, chabazite, heulandite,natrolite, phillipsite e estilbite.
As zeólitas naturais formam-se em locais onde rochas vulcânicas e cinzas vulcânicas reagem com água alcalina,também ocorrem em ambientes pós-deposicionais em que cristalizaram ao longo de milhares de anos ou mesmo milhões de anos em bacias marinhas profundas. As zeólitas naturais raramente são puras ,sendo contaminadas em grau variável por outros minerais, metais,quartzo ou outro zeólito, por esta razão ,os naturais são excluídos de muitos das sua aplicações comerciais em que a pureza e conformidade são essenciais. Seus cristais geralmente são pequenos e bem formados.
As zeólitas em virtude das suas características físico-quimicas possuem propriedades que lhes são únicas como:
Alto grau de hidratação; Baixa densidade e grande volume vazios quando desidratadas; Estabilidade da estrutura cristalina,quando desidratada; Propriedades de troca catiônica; Canais uniformes nos cristais desidratados Condutividade elétrica; Adsorção de gases e vapores; Propriedades catalíticas.
As zeólitas tanto naturais quanto sintéticas tem sido utilizada com sucesso na adsorção de metais pesados e outros poluentes industriais e de mineração graças a capacidade de adsorver compostos orgânico e inorgânicos, podendo ser utilizadas em vários processos de adsorção e dessorção para a recuperação de aminas.
Principais aplicações das zeolitas:
Catalisadores zeolíticos; Peneiras moleculares Processos de adsorção; Separação de gases; Aditivos parao solo; Agentes dessecantes; Suplemento alimentar para animais; Tratamento de água.
Processos catalizados por zeolitas:
Isomerização de xileno; Alquilaçao de benzeno; Hidrocraqueamento; Craqueamento catalítico do petróleo .
Zeólitas como catalizadores
Uma das principais aplicações das zeólitas como catalizadores é no craqueamento de petróleo. Em 1962 as zeolitas sintéticas foram introduzidas em escala industrial no craqueamento catalítico em leito fluidizado(FCC) de destilados de petróleo bruto. Onde se mostraram muito vantajosas e ativas, que outros tipos de catalisadores , além de ocasionarem um aumento significativo no rendimento da gasolina.
Este processo consiste na redução do peso molecular de hidrocarbonetos pesados para geras produtos nobres ,como gasolina e GLP,pela ação de um catalisador que exerce papel fundamental na unidade de craqueamento, pois governa a distribuição dos produtos e a conversão.
O craqueamento é um sistema complexo, em que o componente ativo é tipicamente a zeolita Y acida associada a sílica alumina(matriz), um ligante e um aditivo. Os aditivos são normalmente utilizados para melhorar o desempenho do catalisador, com objetivos específicos pré determinados. A zeolita ZSM-5 vem sendo amplamente utilizada como aditivo nesse processo, por aumentar a obtenção da olefinas leves visando o aumento da octanagem da gasolina, a mesma pertence a família pentasil e apresenta uma estrutura tridimensional.
Pode se utilizar tambem a ZSM-12 da família pentasil formada por um arranjo de poros unidimensional. Esta apresenta menor numero de sítios ácidos que a ZSM-5.
Zeólitas como peneiras moleculares:
A natureza microporosa dos zeólitos (< 2nm de diâmetro) permite adsorção seletiva de moléculas e íons iguais ou menores em tamanho que a abertura dos poros.
A estrutura das zeólitas apresenta canais e cavidades interconectadas de dimensõesmoleculares, nas quais se encontram os íons de compensação, moléculas de água ou outrosadsorvatos e sais. Esse tipo de estrutura microporosa confere às zeólitas uma superfícieinterna muito grande, quando comparada à sua superfície externa .A estrutura da zeólita permite a transferência de matéria entre os espaços intracristalinos. No
entanto, essa transferência é limitada pelo diâmetro dos poros das zeólitas. Dessa forma, só podem ingressar ou sair do espaço intracristalino aquelas moléculas cujas dimensões são inferiores a certo valor crítico, que varia de uma zeólita para a outra.
Zeólitas nos tratamento de água de efluentes:
As zeólitas naturais são usadas no tratamento de efluentes, águas residuais provenientes de áreas urbanas e de agricultura e em sistemas circulantes de água, para remoção de amônia.
Nos Estados Unidos várias plantas industriais utilizam zeólita, reduzindo com isso a concentração de amônia nos efluentes de 15 ppm para 2 ppm. A zeólita pode ser regenerada com salmoura, e a amônia recuperada é usada na agricultura.
Íons metálicos tóxicos, tais como de cádmio, chumbo, arsênio e outros, podem ser removidos com o uso de zeólitas.
Zeólitas no processo de adsorção:
A eficiência das zeólitas em catálise se deve a algumas características peculiares desses materiais. Zeólitas possuem alta área superficial e capacidade de adsorção excelente propriedades de adsorção essas que variam num amplo espectro, desde altamente hidrofóbicas a altamente hidrofílicas; uma estrutura que permite a criação de sítios ativos, tais como sítios ácidos, cuja força e concentração podem ser controladas de acordo com a aplicação desejada. Como no caso mais comuns de adsorção de metais e purificação de gases.
Estudos recentes:
Pesquisas recentes tem se preocupado em estudar zeolitos que limpem os processos de produção, adequando o produto a exigências ecológicas, mas evitando-se um aumento significativo dos custos.
Por exemplo,o desenvolvimento de zeólitos que limitem a porcentagem de enxofre em 0,05% do diesel combustível; precessos de catalisadores alternativos á degradação térmica usada na reciclagem de derivados do petróleo,principalmente plásticos,como polietileno,ou ainda,propostas para conversão de hidrocarbonetos presentes do gás natural ( metano, etano,propano e outros) em compostos aromáticos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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BRUNO,M. Utilização de Zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão na remoção de corante em água.Dissertação de mestrado. Instituto de pesquisas energéticas e nucleares Autarquia associada à Universidade de São Paulo, SP. 2008
SHINZATO,M.C. Zeólitas Naturais-origem,propriedades e aplicações. Palestra CEATEC.
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SHINZATO,C.M. Remoção de metais pesados em solução por zeólitas naturais: Revisão Crítica. Revista do Instituto Geológico,São Paulo, 27-28,65-78,2007.
PAPROCKI, A. Síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão visando sua utilização nadescontaminação na drenagem ácida de mina. Porto Alegre: PUCRS, 2009. Dissertação de Mestrado em Engenharia e Tecnologia de Materiais, Faculdade de Engenharia, Física e Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, 2009.
BOSCO,S.M; JIMENEZ,R.S. Aplicação da Zeolita natural escolecita na remoção de metais pesados de efluentes industriais: competição entre os cátions e processo de dessorção. Eclética Quím, vol.29, n 1, 47-56, São Paulo,2004.
