Síntese de zeólitas Usando o ADOR (Assembleia-Desmontagem-Organization-Remontagem) Route

O objetivo geral deste vídeo é demonstrar o método de montagem-desmontagem-organização-remontagem para preparar novos materiais zeólitos, desmontando uma zeólita previamente montada em seus componentes antes de organizá-los e remontá-los de maneiras diferentes para formar novos materiais. As zeólitas são sólidos extremamente importantes que são utilizados em diversas indústrias, desde catalisadores em refinarias de petróleo até revestimentos antibacterianos em dispositivos médicos. O método ADOR para preparação de zeólitas é muito diferente dos métodos tradicionais de síntese de zeólitas.

E, como consequência, os tipos de materiais que podemos preparar também diferem. Isso abre muitas oportunidades para novas aplicações. Neste vídeo, mostraremos como sintetizar duas novas zeólitas que possuem tamanhos de poro diferentes: a IPC-4, que tem o menor tamanho de poro, e a maior, IPC-2.

Para montar o zeólita germano-UTL progenitor, primeiro dissolva 1,08 gramas de dióxido de germânio em 15 mililitros de uma solução do agente direcionador da estrutura. Adicione 1,246 gramas de dióxido de silício pirogênico, porções sucessivas, à solução e agite por mais 30 minutos até que uma solução homogênea seja formada. Transfira o gel resultante para um autoclave revestido com politetrafluoroetileno.

Em seguida, coloque-o em uma estufa e aqueça a 175 graus Celsius por 10 dias. Após 10 dias, retire a autoclave da estufa e deixe esfriar naturalmente até a temperatura ambiente. Recupere o produto de zeólita branca por filtração.

Lave com grandes quantidades de água antes de secar o zeólita a 70 graus Celsius durante a noite. Remova o agente diretor de estrutura dos poros do zeólita aquecendo-o a 550 graus Celsius a uma taxa de 1 grau Celsius por minuto, mantenha então a temperatura a 550 graus Celsius por seis horas antes de resfriar até a temperatura ambiente a uma taxa de 2 graus Celsius por minuto. Obtenha um padrão de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura, seguindo o protocolo do fabricante.

Armazene a zeólita calcinada em uma atmosfera seca e inerte para evitar a hidrólise do material. Para desmontar a zeólita original, hidrolise o germanossilicato UTL para formar o IPC-1P adicionando 1 grama de zeólita calcinada a 160 mililitros de uma solução de ácido clorídrico 0,1 molar. Após aquecer esta mistura a 95 graus Celsius por 18 horas, resfrie até a temperatura ambiente e recupere o sólido por filtração utilizando papel de filtro.

Lave o sólido com grandes quantidades de água e seque a 70 graus Celsius durante a noite. Os passos finais consistem em organizar e remontar o IPC-1P nos novos zeólitas. Para preparar o zeólita IPC-4, coloque 0,5 gramas de IPC-1P em um cadinho de cerâmica.

Aqueça a amostra até 575 graus Celsius a uma taxa de aquecimento de 1 grau Celsius por minuto. Em seguida, mantenha a temperatura a 575 graus Celsius por seis horas, antes de resfriar até a temperatura ambiente a uma taxa de 2 graus Celsius por minuto. Adquira um espectro de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura, utilizando o protocolo do fabricante.

Para preparar o zeólita IPC-2, adicione 0,5 gramas do IPC-1P a 10 mililitros de solução de ácido nítrico 1,0 molar. Em seguida, adicione 0,1 gramas de dietoximetilsilano à solução. Transfira a solução para um autoclave revestido com politetrafluoroetileno.

E aqueça em estufa a 175 graus Celsius por 18 horas. Retire a autoclave da estufa e deixe esfriar naturalmente até a temperatura ambiente. Recupere o produto branco por filtração, lave com grandes quantidades de água e seque a 70 graus Celsius durante a noite.

Coloque o produto em um cadinho de cerâmica e aqueça utilizando um protocolo de aquecimento-resfriamento. Por fim, obtenha um espectro de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura, seguindo o protocolo do fabricante. A preparação do IPC-4 inicia-se com o germânio UTL pré-montado.

A exposição a uma solução ácida 0,1 molar leva à desmontagem, formando o IPC-1P. As camadas de IPC-1P são então organizadas em uma orientação favorável. Nesse ponto, as camadas são remontadas em uma zeólita por meio de condensação, formando o IPC-4.

É mostrado aqui o processo geral para a preparação do IPC-2. A exposição a uma solução ácida 0,1 molar leva à formação do IPC-1P, como anteriormente. Em seguida, espécies adicionais de silício são introduzidas entre as camadas do IPC-1P resultante para organizar o sistema.

As camadas são então reorganizadas em uma zeólita por meio de condensação, formando o IPC-2. A diferença entre os materiais finais IPC-2 e IPC-4 é o tamanho dos poros, causado pela introdução de silício adicional entre as camadas. A diferença entre as duas estruturas pode ser observada nos padrões de difração de raios X.

O pico mais intenso para o IPC-2 está em um ângulo 2-teta menor do que o do IPC-4, mostrando que ele possui uma célula unitária maior. Outras técnicas, como experimentos de adsorção de nitrogênio, também podem ser usadas para visualizar a diferença no tamanho dos poros entre os materiais. O IPC-4 tem uma capacidade menor para nitrogênio do que o IPC-2, enquanto a zeólita mãe UTL tem a maior capacidade para nitrogênio.

Uma vez dominado, este processo é um método confiável e geral para a produção de zeólitas. Variações no procedimento, que podem ser encontradas na literatura, podem levar a outras zeólitas, como IPC-6, IPC-7, IPC-9 e IPC-10. Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para que pesquisadores na área de zeólitas explorassem a síntese de materiais que anteriormente eram considerados inviáveis.

Esse trabalho abre grandes possibilidades para preparar zeólitas com novos tipos de estrutura, o que esperamos que posteriormente abra novas aplicações. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar o processo ADOR, e com um pouco de prática, deverá ser capaz de fazer as modificações listadas na literatura publicada para produzir todas as outras zeólitas possíveis. As principais vantagens dessa técnica são que os materiais finais são verdadeiramente previsíveis e que a porosidade do sólido final é controlável de uma forma não possível na síntese tradicional de zeólitas.

De modo geral, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades porque ele vai contra o que normalmente se pensa. Em vez de construir o material de baixo para cima, você primeiro toma um material e o desmonta, antes de reconstruí-lo em um material com uma nova estrutura.