Seleção, Purificação e Modificação de Argilas para Aplicação em Nano-Sistemas 1D

Abstract

A nanotecnologia, e em especial os nanocompósitos, são provavelmente um dos temas mais cotados da pesquisa e literatura mundial contemporâneas. A partir do dia 29 de dezembro de 1959, quando Richard Feynman se constitui no precursor deste conceito na sua famosa palestra para a Sociedade Americana de Física (APS, American Physics Society) e em concomitância alguns cientistas da linha de polímeros confirmam que pequenas quantidades de nano-sistemas conseguem dar grandes benefícios a algumas propriedades da matriz polimérica, o número de pesquisas e pesquisadores se acelerara consideravelmente, motivados por esta inovação tecnológica. Assim, estudam e aplicam uma diversidade de materiais, tais como: nanopartículas de metais e seus óxidos, nanotubos de diversas composições e geometrias e alguns sistemas cristalinos naturais como as esmectitas, materiais que hoje constituem a família dos nanosistemas, 3D (esferas), 2D (tubos) e 1D (lamelas). A forma lamelar, matéria prima deste trabalho, se encontra na natureza em abundância, como constituinte principal das argilas bentoníticas. O objetivo geral desta tese é fazer uma proposta para a seleção, a purificação e a modificação de argilas para aplicação em nano-sistemas 1D. Um dos focos do trabalho consiste em definir as diferenças entre o que a teoria propõe para as estruturas químicas destes materiais e a realidade analítica. É estudado também como os métodos industriais, geralmente, não apenas conservam as impurezas oriundas do minério mas também geram novas impureza, particularmente no processo industrial mais utilizado que é a sodificação. Além disso, em nível de laboratório foi desenvolvido o método de “elutriação iterativa”, onde um sistema particulado é submetido a diferentes fluxos de solvente em colunas de diferentes diâmetros, o que permite em uma única operação conseguir diferentes seleções do material particulado. Foram desenvolvidos também métodos para determinar a capacidade de troca catiônica (CTC) das argilas, com uma metodologia equivalente ao processo industrial de sodificação, e que permite ter uma avaliação do excesso de reativo necessário para desalojar totalmente o cátion sódio interlamelar. Foram desenvolvidos modelos matemáticos simples para determinar a densidade na forma tactoidal e na forma de suspensões aquosas. Os resultados positivos das propostas permitiram transformar o processo original em um outro mais elaborado, que foi chamado de “Elutriação Matricial Iterativa”, onde determinadas colunas, denominadas “colunas-reatores”, poderiam receber materiais selecionados em outras colunas e submetê-los a processos sequenciais de transformação, o que foi objeto de um depósito de patente nacional sob protocolo BR102013016298-1. O resultado final consiste no fato de ter sido desenvolvido, e testado em scale-up (escala ampliada), um processo que pode ser levado à escala industrial de forma fácil e econômica. Este processo possui uma metodologia analítica de avaliação dos resultados e ferramentas de cálculo para as correções e/ou modificações do processo para qualquer material particulado, ou ainda o projeto de novas colunas para a melhoria dos processos existentes ou ampliação das ações de separação e processamento. Como recomendações para futuras pesquisas, sugere-se dedicar mais atenção às impurezas e suas possíveis ações indesejáveis, não só para o uso em nanotecnologia, mas também para usos como alimentação e cosméticos, entre outros. Além disso, como sequência dos trabalhos realizados, sugere-se ampliar o leque de aplicações e inovar a organofilização das esmectitas com cátions orgânicos que, além de aumentar o valor de d001 (distância interplanar basal), façam parte do processo de polimerização, como um iniciador ou um monômero.