Síntese e caracterização de materiais bifuncionais a partir da pirólise de precursores metalorgânicos

Abstract

As Redes Metalorgânicas (Metal Organic Frameworks – MOFs) são materiais híbridos, geralmente cristalinos, constituídos por íons ou clusters metálicos, conectados por ligantes orgânicos politópicos, em sua maioria, carboxilatos, bipiridinas, sulfonatos e fosfonatos. Devido à grande flexibilidade de composição, as MOFs podem apresentar estruturas ajustáveis e porosas. Assim, estes materiais têm sido sugeridos como versáteis precursores para a preparação de óxidos metálicos porosos via pirólise. Assim, o objetivo deste estudo é o desenvolvimento de materiais bifuncionais (catalisador/adsorvente) obtidos a partir da pirólise de redes metalorgânicas. Estes materiais, óxidos mesoporosos com propriedades superiores de adsorção, podem ser usados na reforma a vapor do metano com captura simultânea de CO2. Neste trabalho MOFs mistas a base de cálcio e alumínio foram sintetizadas via método sonoquímico utilizando o ácido tereftálico como precursor do ligante orgânico. Foram estudados os efeitos dos parâmetros sintéticos (tipo e ordem de adição da base orgânica, potência e tempo de sonicação) sobre as características estruturais e microestruturais dos pós obtidos. As amostras preparadas foram caracterizadas por DRX, FTIR, TGA e MEV/EDS. Os espectros de FTIR indicaram a desprotonação do ligante orgânico e os resultados de DRX confirmaram a cristalização de uma estrutura metalorgânica. Análises de MEV/EDS foram realizadas para estudar a microestrutura e determinar a distribuição relativa de cálcio e alumínio nas amostras. Histogramas de distribuição Ca/Al foram construídos com base em dez análises elementares pontuais feitas por EDS em cada amostra. Os resultados indicaram que a amostra preparada, com menores tempo e potência de sonicação (40% e 15 min) apresenta uma distribuição elementar mais homogênea. Além disso, estas amostras apresentaram uma morfologia de pó composta por aglomerados de pequenas partículas e porosidade intergranular. As MOFs obtidas foram pirolisadas em três diferentes temperaturas (750, 850 e 950 °C), sendo que para cada temperatura foram testados dois tempos de calcinação (2 e 4 horas). Adicionalmente, a MOF como preparada e uma amostra pirolisada a 850 °C por 4h foram impregnadas com NiO usando uma solução aquosa de nitrato de níquel. Os resultados de DRX dos produtos obtidos por pirólise confirmaram a formação do CaO e do aluminato de cálcio e as análises das amostras impregnadas também indicaram a presença do NiO. A partir das imagens obtidas por MEV observou-se a formação de aglomerados de partículas de pequeno tamanho e forma irregular, originando poros interconectados, ou seja, uma estrutura tipicamente porosa.