Hexaniobato lamelar: Estudos de esfoliação e intercalação\"

• Main Author: Ana Lucia Shiguihara
• Other Authors: Vera Regina Leopoldo Constantino
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2004
• Subjects: Esfoliação; Hexaniobato lamelar; Intercalação; Exfoliation; Intercalation; Layered hexaniobate
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46134/tde-06122006-071327/

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar os processos de intercalação e esfoliação do niobato lamelar H2K2Nb6O17 em soluções aquosas de n-hexilamina, n-propilamina e hidróxido de tetrabutilamônio (TBAOH). Procurou-se avaliar a influência do agente esfoliante no processo de separação das lamelas do niobato. Para tanto, uma quantidade fixa de H2K2Nb6O17 foi suspensa em solução do agente esfoliante, nas razões molares amina/H+-niobato iguais a 0,25, 0,50, 0,75 e 1,0, e mantida sob agitação à temperatura ambiente por 2 semanas. O sólido depositado foi separado do sobrenadante opaco (isto é, do sólido esfoliado). Para a caracterização do sólido depositado, determinou-se a composição química e registrou-se o difratograma de raios-X, a curva termogravimétrica e os espectros vibracionais no IV e Raman. A dispersão de partículas esfoliadas foi caracterizada por espectroscopia eletrônica enquanto o sólido esfoliado, por DRX, medidas de área superficial, MEV e HRTEM. Nos sólidos depositados, as alquilaminas se encontram intercaladas em um arranjo de monocamada e praticamente orientadas perpendicularmente em relação às lamelas do niobato. As suspensões contendo as razões molares amina/H+-niobato = 0,5 para a n-hexilamina e 1,0 para a n-propilamina produziram a maior quantidade de sólido esfoliado (ca. 35%). As micrografias revelam que o sólido esfoliado é formado por partículas flexíveis em um arranjo desorganizado, muito diferente da morfologia do K4Nb6O17. Os difratogramas mostram perfil de material com organização somente no eixo de empilhamento das lamelas e, ainda, que nessas partículas as aminas mantêm o arranjo de monocamadas. As partículas esfoliadas contêm 50% e 70% de n-hexilamina e n-propilamina, respectivamente, neutralizando os íons H+ do niobato. Esses dados mostram que a insaturação das lamelas em relação às aminas favorecem a estabilização dos sistemas esfoliados, uma vez que diminuem as interações de van der Waals entre as cadeias carbônicas e promovem a hidratação da superfície das lamelas. Os sólidos depositados em suspensão de TBAOH não possuem espécie orgânica intercalada e as suspensões contendo as razões TBA+/H+-niobato ? 0,5 produziram maior quantidade de sólido disperso (ca. 65%). O sólido esfoliado isolado da suspensão com razão 0,75 contém 10% de TBA+ neutralizando os íons H+ do niobato. À medida que o pH das suspensões é diminuído, o TBA+ é substituído por H3O+ e as partículas planas começam a encaracolar. Observou-se a formação de nanotubos nas razões molares TBA+/H+-niobato = 0,5 e 1,0, que tiveram o pH alterado para 1 e 7 respectivamente. A amostra isolada em pH 1 apresenta área específica de 139 m²g?¹ enquanto o K4Nb6O17 possui apenas 2 m²g?¹ . Os sistemas contendo tanto partículas tabulares quanto tubulares possuem potencial aplicação na área de (foto)catálise e de sensores. === The main aim of this work was to study the intercalation and exfoliation processes of the layered niobate H2K2Nb6O17 in aqueous solutions of n-hexylamine, n-propylamine and tetra-n-butylammonium hydroxide (TBAOH). It was evaluated the influence of the exfoliation agent in the process of separation of the niobate layers. A fixed amount of H2K2Nb6O17 was suspended in solution of the exfoliation agent, in the molar ratios amine/H+-niobate 0.25, 0.50, 0.75 and 1.0, and maintained under stirring at room temperature for 2 weeks. The deposited solid was separated from the opaque suspension (i.e., the exfoliated solid). For the characterization of the deposited solid, it was determined the chemical composition and the X-ray diffractogram, the termogravimetric curve and the infrared and Raman vibrational spectra were recorded. The dispersion of exfoliated particles was characterized by electronic spectroscopy while the exfoliated solid, for XRD, surface area measurement, SEM and HRTEM. Considering the deposited solids, the alkylamines are intercalated in a monolayer arrangement and practically oriented perpendicularly in relation to the niobate layers. The suspensions containing the molar ratios amine/H+-niobate 0.5 for the n-hexylamine and 1.0 for the n-propylamine produced the highest amount of exfoliated solid (ca. 35%). SEM images reveal that exfoliated solid is formed by flexible particles in a disorganized arrangement, very different from the K4Nb6O17 morphology. The diffractograms profile show a solid with organization only in the axis of piling up of the layers and also that in these particles the amines maintain the monolayer arrangement. The exfoliated particles contain 50% and 70% of n-hexylamine and n-propylamine, respectively, neutralizing the H+ ions of the niobate. These data show that the layers insaturation in relation to the amines seems to favor the stabilization of the exfoliated systems, once it reduces the van der Waals interactions among the carbon chains and facilitate the hydration of the layer surfaces. The deposited solids in suspension of TBAOH do not possess organic species intercalated and the suspensions containing the ratio TBA+/H+-niobate ? 0.5 produce the highest amount of dispersed solid (ca. 65%). The exfoliated solid isolated from suspensions with ratio 0.75 contains 10% of TBA+ neutralizing the H+ ions of the niobate. As the pH of the suspensions is decreased, TBA+ ion is replaced by H3O+ and the tabular particles begin to scroll. The nanotubes formation was observed to molar ratios TBA+/H+-niobate = 0.5 and 1.0, which pH values were changed to 1 and 7 respectively. The sample isolated at pH 1 presents specific area of 139 m²g?¹ while K4Nb6O17 possesses only 2 m²g?¹ . The systems containing plate and tubular particles possesses potential application in (photo)catalysis and sensors areas.