Influência de condições de síntese de sílica sol-gel sobre sua estrutura mesoporosa e comportamento de adsorção de azul metileno

O presente trabalho vem mostrar rotas de síntese simples para preparação de amostras de sílica sol-gel com propriedades adsorventes. Para as amostras obtidas, avaliou-se a estruturados poros e a capacidade de adsorção para o corante orgânico azul de metileno (AM). Os materiais sintetizados aqui foram examinados por uma série de técnicas de caracterização, incluindo espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios X,adsorção e dessorção de N2, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Na primeira condição de preparo, foi demonstrado que a estrutura de poros e a capacidade de adsorção das sílicas podem ser alteradas ajustando-se o pH do sol. Os resultados mostraram que as amostras obtidas em pH baixo apresentaram poros de tamanho pequeno, enquanto aquela preparada em pH próximo ao neutro, apresentou poro de tamanho maior favorecendo a capacidade de adsorção. Na segunda condição, com oaumento da proporção molar de H2O:TEOS notou-se um aumento na área superficial específica e uma redução na porosidade do material, porém, nos ensaios de adsorção com o corante não foram observadas diferenças. Dentre as sílicas que passaram pela etapa de tratamento térmico, uma delas teve suas propriedades estruturais significativamente afetadas e isto provocou redução na capacidade de adsorção de corante. Na última condição avaliada, observou-se que a adição de F127, como agente direcionador de poro, deu origem a duasmorfologias mesoporosas distintas, uma com redes de poros desordenadas e outra com rede de poros desordenada e aparência semelhante a caminho de minhocas. Sugere-se que a formação das estruturas desordenadas está associada à falta de água na solução sol-gel inicial. Também foi notado que o uso de F127 na preparação das amostras, que são livres de ácido, não levou a materiais com altas áreas superficiais e capacidades de adsorção. Por outro lado, ouso de F127 na preparação das amostras que possuem ácido levou a materiais com áreas superficiais e capacidades de adsorção melhoradas. De modo geral, o modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o melhor modelo para representar os dados cinéticos experimentais das amostras investigadas, indicando uma alta interação entre a superfície da sílica e as moléculas de corante. Portanto, as amostras com as maiores capacidades de adsorção foramàquelas preparadas sem o uso de catalisador ácido, tratamento térmico ou F127, indicando uma síntese mais simples e ambientalmente amigável.The present work shows simple synthesis routes for the preparation of sol-gel silica samples with adsorbent properties. For the obtained samples, the pore structure and the methylene blue (MB) organic dye adsorption capacity were evaluated. The synthesized materials wereexamined by a number of characterization techniques, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (DRX), nitrogen adsorption and desorption, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). In the first condition of preparation, it was shown that the pore structure and the adsorption capacity of the silicas can be altered by adjusting the pH of the sol. The results showed that the samples obtained from sols with low pH had a small pore size, whereas the one prepared in pH close to neutral, presented a larger pore size favoring the adsorption capacity. In the second condition, with the H2O:TEOS molar ratio increase there was an increase of the specific surface area and a reduction in the porosity of the material, but, in the adsorption tests with the dye, no difference was observed. Among the heat treated silicas, one of them had itsstructural properties significantly affected which decreased the dye adsorption capacity. In the last evaluated condition, it was observed that the F127 addition, as a pore organizer agent, gave rise to two distinct mesoporous morphologies, one with disordered pore networks andthe other with a disordered pore network and wormlike appearance. It is suggested that the formation of the disordered structures is associated with the lack of water in the initial sol-gel solution. It has also been noted that the use of F127 in the preparation of the samples, whichare acid free, did not lead to materials with high surface areas and adsorption capacities. On the other hand, the use of F127 in the preparation of samples, which contain acid, led to materials with improved surface areas and adsorption capacities. In general, the kinetic model of pseudo-second order was the best model to represent the experimental kinetic data of the investigated samples, indicating a high interaction between the silica surface and the dye molecules. Therefore, the samples with the highest adsorption capacities were those onesprepared without the use of acidic catalyst, heat treatment or F127, indicating a cheaper and greener synthesis