DeterminaçÃo da capacidade de troca catiônica (ctc) de um argilo mineral esmectítico através do métoddo convencional de



Baixar 51.61 Kb.
Encontro08.12.2017
Tamanho51.61 Kb.


Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica 4340

31 de maio a 4 de junho de 2000 - São Pedro – S.P.




DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC) DE UM ARGILOMINERAL ATRAVÉS DO MÉTODO CONVENCIONAL DE KJELDAHL

Edson Luiz Foletto*, Ayres Ferreira Morgado, Luismar Marques Porto


Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos - EQA

Universidade Federal de Santa Catarina, Cx. Postal 476 - 88040-900, Florianópolis, SC

* E-mail: edson@enq.ufsc.br

RESUMO
A determinação da capacidade de troca catiônica, de uma argila do grupo esmectita proveniente da Província de Mendoza, Argentina, foi realizada utilizando o método clássico de Kjeldahl. O reagente de troca utilizado foi o acetato de amônio na concentração 3M. A CTC determinada da argila encontra-se na faixa correspondente a um material pertencente ao grupo dos argilominerais esmectíticos. Através do método de Kjeldahl obteve-se uma boa reprodutibilidade nos resultados de CTC. Houve a solubilização de algumas impurezas na solução de acetato de amônio, o que dificultou o conhecimento do teor real dos cátions trocáveis contidos na argila.


Palavras-chaves: argila, esmectita, troca catiônica
INTRODUÇÃO
Os argilominerais têm capacidade de troca de cátions, isto é, têm cátions fixados na superfície, entre camadas e dentro dos canais da estrutura cristalina que podem ser trocados por reação química por outros íons em solução aquosa sem que isso venha trazer modificação de sua estrutura cristalina. Os cátions trocáveis mais comuns são Ca2+, Mg2+, Na+ e H+, e pequenas quantidades de K+ e Li+ em algumas esmectitas. A capacidade de troca catiônica é uma propriedade importante dos argilominerais, pois os cátions trocáveis influem intensamente sobre as suas propriedades físico-químicas e tecnológicas (1).

Os cátions trocados extraídos da argila podem ser identificados e determinados quantitativamente nas soluções reunidas de acetato de amônio. A capacidade de troca de cátions de um argilomineral é geralmente expressa em miliequivalentes por 100g do argilomineral seco à 110C. De acordo com Grim e Güven (2), a faixa usual de valores da capacidade de troca de cátions dos vários argilominerais é apresentada a seguir:




Mineral

CTC(meq/100g)

Caulinita

3-15

Ilita

10-40

Clorita

10-40

Alofano

35-50

Esmectita

60-150

Vermiculita

100-150

Sepiolita-Paligorsquita

20-30

Pirofilita

4

Talco

1

Grim (3) apresenta uma extensa revisão sobre capacidade de troca catiônica em argilominerais. Morgado (4) determina a CTC e o teor de cátions trocáveis de uma argila esmectítica natural e ativada. O método escolhido para a determinação da CTC e dos cátions trocáveis utiliza o acetato de amônio 1N a pH = 7 como agente extrator. No trabalho de Palza (5), utilizando o método clássico de Kjeldahl, 2g da argila são saturados por acetato de amônio 3M, a amônia liberada é recolhida em 5ml de ácido bórico saturado contendo algumas gotas do indicador misto (verde de bromocresol e vermelho de metila) e esta solução é, por final, titulada com HCl 0,1046M. Outros pesquisadores utilizam ainda o cloreto de amônio (NH4Cl) como reagente de troca em substituição ao acetato, como foi o caso no trabalho de Jovanovic e Janackovic (6) e Volzone et al. (7). Existem outros métodos para a determinação da CTC. Bergaya e Vayer (8) determinaram a CTC de argilas usando o complexo etilenodiamino de cobre (Cu(EDA)22+) e citaram algumas vantagens do método. Hassan e Abdel-Khalek (9) determinaram a CTC de uma bentonita egípcia utilizando a técnica de adsorção do azul de metileno. Resultados da CTC de argilas de diversos grupos minerais utilizando o azul de metileno são comparados com valores da literatura obtidos por outros métodos (10).



O objetivo deste trabalho foi determinar a CTC de um argilomineral esmectítico descrevendo detalhadamente o procedimento do método de Kjeldahl. Determinou-se também o teor de cátions trocáveis do material estudado.
PARTE EXPERIMENTAL
Para este trabalho utilizou-se uma argila do grupo esmectita já caracterizada (11) proveniente da Provincía de Mendoza, Argentina, previamente seca e passada por malha ABNT n 200 (abertura de 75 micrômetros). O procedimento realizado para a determinação da CTC, bem como do teor de cátions trocáveis é descrito a seguir: pesou-se cerca de 5 gramas de amostra em erlenmeyer de 250ml e colocou-se 200ml de solução aquosa de acetato de amônio 3M, pH  7,15. Agitou-se por 13 horas em agitador magnético. Deixou-se em repouso por aproximadamente 20 horas para que as partículas suspensas decantassem. Centrifugou-se (rotação de 8000rpm e 10 minutos para cada centrifugação) primeiramente o sobrenadante para certificar-se da remoção total das partículas. O sobrenadante foi colocado em recipientes plásticos, para a determinação do teor dos cátions trocáveis. O material decantado foi lavado com etanol absoluto em tubos de ensaio de 15ml e depois centrifugado, recolhendo-se o sobrenadante juntamente com a solução contendo os cátions trocáveis. O material foi lavado por cinco vezes com etanol no próprio tubo. O decantado foi colocado em placas de Petri e levado à estufa para secar na temperatura de 50-55C por 24 horas. O teste foi realizado em duplicata e realizou-se um teste padrão utilizando uma argila de capacidade de troca catiônica conhecida. Para determinação da CTC, pesou-se cerca de 1,5 gramas da argila seca e colocou-se num frasco de Kjeldahl, juntando 50 ml de água destilada e três gotas de fenolftaleína. Acoplou-se o frasco no aparelho “destilador de nitrogênio” (ou Kjeldahl) da marca TECNAL, modelo TE-036/1. Adicionou-se NaOH a 50% até a solução contida no frasco de Kjeldahl tornar-se rósea, garantindo um ligeiro excesso de base. Após isso, injetou-se vapor no tubo ocorrendo a liberação da amônia. O NH3 desprendido é passado por um destilador e é então recebido em um erlenmeyer contendo 50ml de ácido bórico a 4% com indicador misto (vermelho de metila a 0,50% e verde de bromocresol a 0,75% em álcool etílico) previamente adaptado ao conjunto de destilação. O tempo de destilação é de aproximadamente 10 minutos, tempo necessário para receber 3/4 do volume inicial do frasco receptor. O ácido bórico com indicador que, no ínicio era de cor vermelha, adquire cor verde, à medida que vai recebendo NH3. Encerrada a destilação, retira-se o erlenmeyer do sistema e procede-se a titulação da solução com HCl 0,1N fatorada até viragem do indicador, obtendo-se novamente a cor original (vermelha). Recomenda-se fazer um branco com 20ml de água destilada. Neste trabalho, testes preliminares da prova em branco deram resultados negativos. Um exemplo de cálculo para a determinação da CTC é apresentado no item a seguir. Determinou-se ainda a umidade para a correção do cálculo da CTC, utilizando aproximadamente um grama de amostra, secando-a a 110C em estufa durante 24 horas.

As extrações contidas nos recipientes plásticos foram secadas em temperatura não superior a 60C, tratadas com 2ml de ácido nítrico comercial e avolumadas para 100ml, sendo que em seguida foram feitas as leituras dos teores de Fe2+/3+, Mg2+, Ca2+ e Al3+ no espectrômetro de absorção atômica Hitachi Z8230, dotado de corretor Zeeman e dos teores de Na e K no fotômetro digital Flame Analyser 2555-00 Cole Parmer. Com isso, foi possível determinar o teor de cátions trocáveis contido no argilomineral.


RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela I são apresentados os valores da capacidade de troca catiônica do argilomineral estudado e do material utilizado como padrão. Apresenta-se o teste reproduzido da argila estudada, amostra 1 e amostra 2.
Tabela I: CTC das argilas argentinas e Brasgel (padrão).

Amostras

Umidade(%)

Massa (g)

HCl gasto(ml)

CTC (meq/100g)

CTC (Média)

1

1,34

1,3926

8,20

62,91

62,75

2

1,81

1,5090

8,80

62,60

-

* Brasgel

0,44

1,5044

9,60

67,65

67,65

* Argila utilizada com padrão, com CTC conhecida (69,0meq/100g - Morgado, 1998) (12).
A seguir é apresentado o cálculo para a determinação da CTC, através da expressão:
CTC amostra = N . f . V HCl . 100/ M

onde:


CTC amostra = capacidade de troca catiônica da amostra

N = normalidade do HCl (0,1N)

f = fator de correção do ácido

V HCl = volume gasto de HCl em ml

M = massa da amostra em gramas
Assim, para a amostra 1, temos:
CTC amostra 1 = 0,1 . 1,0541 . 8,2 . 100/1,3926 = 62,07meq/100g de argila úmida
CTC amostra 1 = 62,07/(100 - 1,34) = 62,91meq/100g de argila seca
O resultado obtido da CTC para argila está dentro da faixa correspondente a um argilomineral esmectítico (2). O baixo valor se deve a substancial quantidade de impurezas presentes na argila como feldspato, caulinita e quartzo e identificadas no trabalho de Foletto et al. (11). O erro experimental entre os valores da CTC das amostras (1 e 2) foi insignificante. Com o valor da CTC, obtido pelo uso da argila padrão confirmou-se que o método possui uma boa reprodutibilidade.

Os cátions trocáveis contidos na argila esmectítica argentina são mostrados na Tabela II, em unidades de partes por milhão (ppm) e convertidos (Tabela III) para meq/100g de argila seca.


Tabela II: Teor de cátions trocáveis contidos na argila esmectítica estudada, em ppm.

Amostra

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

Al3+

Fe total

Argila 1

498,59

71,75

589,5

37,8

0,30

0,42

Tabela III: Teor de cátions trocáveis contidos na argila esmectítica estudada, em meq/100g de argila seca.



Amostra

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

Al3+

Fe total

Argila 1

49,41

11,70

50,80

1,91

0,06

0,04

A soma total dos cátions trocáveis contidos na amostra foi de 113, 92meq/100 g, ficando portanto acima do valor da CTC (62,91meq/100g de argila). Se a soma dos cátions trocáveis for superior ao valor da CTC, determinado pelo método que utiliza o acetato de amônio como reagente de troca, é de se suspeitar da presença de sais solúveis no argilomineral como CaCO3 e o MgCO3, dentre outros (1). Kooli e Jones (13) encontraram um residual de Ca2+ na saponita após ativação ácida, devido à presença da impureza tremolita, o que impossibilitou determinar o teor de cátions Ca2+ trocáveis da argila. Logo, houve a solubilização de algumas impurezas no acetato de amônio durante o processo da troca iônica, o que dificultou o conhecimento do valor real dos cátions trocáveis contidos na argila.


CONCLUSÕES
O método utilizando o acetato de amônio como reagente de troca iônica dá uma boa reprodutibilidade nos resultados de CTC. Para o conhecimento do teor de cátions trocáveis em um argilomineral, é necessário que o material não apresente impurezas que sejam solúveis no acetato de amônio.
AGRADECIMENTOS
À CAPES pelo auxílio financeiro a um dos autores (E.L.F).
REFERÊNCIAS
1. I. E. Odom, Smectites clay minerals: properties and uses. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 311, 391-409, 1984.

2. R. E. Grim, N. Güven, Bentonites, Geology, mineralogy, properties and uses. Elsevier, New York, 1978.

3. R. E. Grim, Clay Mineralogy. McGraw Hill, New York,1968.

4. A. F. Morgado, Characterization and beneficiation of a clay of the smectite group for the purpose of industrial application. In: II Congresso Ítalo-Brasileiro de Engenharia de Minas, São Paulo-SP, 639-648,1993.

5. R. E. M. Palza, Composição química de algumas argilas esmectíticas chilenas. Dissertação de mestrado, Instituto de Química-Universidade de São Paulo, São Paulo-SP, 1991.

6. N. Jovanovic, J. Janackovic, Pore structure and adsorption properties of an acid-activated bentonite. Applied Clay Science, 6, 59-68, 1991.

7. C. Volzone, P. E. Zalba, E. Pereira, Activation acida de esmectitas: II. Estudo mineralogico. An. Asoc. Quím. Argent., 76, 57-68, 1988.

8. F. Bergaya, M. Vayer, CEC of clays: Measurement by adsorption copper ethylenediamine complex., Applied Clay Science, 12, 275-280, 1997.

9. M. S. Hassan, N. A., A.-Khalek, Beneficiation and applications of an egyptian bentonite. Applied Clay Science, 13, 99-115, 1998.

10. R. K. Taylor, Cation exchange in clays and mudrocks by methylene blue. J. Chem. Tech. Biotechnol., 35A, 195-207, 1985.

11. E. L. Foletto, A. F. Morgado, D. Hotza, L. P. Porto, Caracterização de duas argilas naturais esmectíticas argentinas através de difração de raio-X e espectrometria de infravermelho (trabalho submetido para publicação).

12. A. F. Morgado, Caracterização e propriedades tecnológicas de uma argila esmectítica de Santa Catarina.Tese de doutorado, Escola Politécnica-Universidade de São Paulo, São Paulo-SP, 1998.



13. F. Koli, W. Jones, Characterization and catalytic properties of saponite clay modified by acid activation. Clay Minerals, 32, 633-643, 1997.


DETERMINATION OF THE CATIONIC EXCHANGE CAPACITY (CEC) OF A CLAY MINERAL BY THE CONVENTIONAL KJELDAHL METHOD
ABSTRACT
Determination of the cationic exchange capacity of smectite clay from Argentine (Mendoza Province) was carried out using the Kjeldahl standard method. The exchange reagent used was ammonium acetate in the concentration 3M. The determined CEC for the clay is in a range corresponding to a material belonging to the smectite clay minerals group. By the Kjeldahl traditional method a good reproducibility among CEC determinations was obtained. Solubilization of some impurities found in the ammonium acetate solution made the actual exchanged cation content more difficult to be determined.
Keywords: Clay, smectite, cationic exchange

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal