A decomposição térmica dos hidróxidos duplos lamelares (HDL) é uma sequência complexa de etapas que envolvem a desidratação, a desidroxilação (perda das hidroxilas) e a perda de carbonato do material inicial,isso caso o HDL de origem tenha carbonato interlamelar. A composição e as propriedades dos óxidos formados irão depender dos íons metálicos utilizados na síntese de seus precursores. Dependendo da temperatura de calcinação pode-se formar materiais com estrutura tipo espinélio. Esses óxidos possuem fórmula geral AB2O4 e se cristalizam no sistema cubico de face centrada (FCC), grupo espacial Fd-3m. Sua estrutura é caracterizada por apresentar dois tipos de sítios catiônicos, o primeiro são sítios tetraédricos ocupados por íons metálicos divalentes (A), já o segundo são sítios octaédricos ocupados por íons metálicos trivalentes (B). No entanto, esse tipo de composto é conhecido por apresentar mudanças entre os íons metálicos nos sítios em questão. A ocupação desses dois sítios depende de alguns fatores como tamanho dos ânions, da carga catiônica, do estado eletrônico, dentre outros.
Geralmente, os produtos formados apresentam um grande aumento na área superficial e no volume de poros. Após a calcinação de um HDL de um sistema M2+M3+ os produtos formados são óxidos simples M2+O ou óxidos mistos do tipo espinélio M2+M43+O4. A variação da distribuição de cátions nas posições M2+ e M3+ provoca algumas mudanças nas propriedades físicas; uma delas é a condutividade elétrica.
Em catálise, as propriedades mais interessantes desses óxidos mistos podem ser resumidas como:
– Efeito Memória, que permite a regeneração da estrutura original, em condições brandas de aquecimento, através do contato com uma solução contendo ânions de interesse (Figura 1).
– Elevada área superficial.
– Presença de sítios básicos.
– Capacidade de resistir a altas temperaturas em comparação aos suportes convencionais (γ-Al2O3).
– Efeito de sinergia entre os elementos, favorecendo o desenvolvimento de propriedades de interesse em catálise.
Contudo, a propriedade do Efeito Memória também pode ser prejudicial à atividade catalítica, principalmente em sistemas que operam em correntes úmidas e temperatura moderada. Assim, um dos grandes desafios é desenvolver técnicas que ampliem o tempo de uso desses materiais e evitem o efeito memória.
Ilustração do efeito memória
Dadas as inúmeras aplicações, muita atenção tem sido dedicada ao estudo da calcinação e reconstrução dos HDL. Compostos tipo-hidrotalcita, precursores de óxidos mistos, podem ser sintetizados de uma maneira simples a partir de uma grande variedade de elementos, o que implica na produção de diversos tipo de óxidos mistos. Sendo que a introdução de diferentes elementos, na estrutura do material, influencia em algumas de suas características tais como configuração eletrônica do metal, redutibilidade, tamanho da partícula, área superficial e performance catalítica.
As diversas propriedades apresentadas pelos óxidos mistos levantam o interesse no uso destes materiais em diversos campos. Por exemplo:
– Decomposição de gases nocivos, como NOx;
– Processos de transesterificação;
– Oxidação de materiais orgânicos voláteis;
– Catalisadores para reações orgânicas, como por exemplo síntese de monoglicerídeos;
– Suportes para catalisadores em processos de hidrorefino do petróleo.