1. Visão geral da atapulgita
Atapulgita (Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂·4H₂O) é um mineral argiloso com morfologia de cristal em forma de nanobastões. Seu comprimento varia de 0,5 a 5 μm, o diâmetro de 20 a 70 nm, com canais regulares em nanoescala de 0,37 nm × 0,64 nm. Trata-se de um mineral argiloso hidratado de silicato de magnésio e alumínio com estrutura em cadeia lamelar. A Epic Powder Machinery é especializada em tecnologia de pulverização por jato. O moinho de jato MQW40 da Epic Powder garante o processamento eficiente da pulverização do pó de atapulgita.
A atapulgita possui uma grande área superficial específica, carga superficial e capacidade de troca catiônica. Isso a torna amplamente utilizada na preparação de adsorventes, adesivos, dessecantes, catalisadores, aditivos alimentares e compósitos funcionais. Ela desempenha um papel insubstituível como material base em áreas como engenharia química, catálise, proteção ambiental e desenvolvimento de novos materiais. A pulverização da atapulgita é uma etapa crucial de pré-tratamento que visa aumentar sua área superficial específica para melhorar a capacidade de adsorção.
Parâmetros estruturais básicos, imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV).
Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET).
2. Propriedades físico-químicas e modificação da superfície da atapulgita
2.1 Adsorção
A significativa área da seção transversal dos canais e a estrutura cristalina única da atapulgita contribuem para suas propriedades de adsorção. Seus mecanismos de adsorção incluem principalmente a adsorção física e a química. A adsorção física ocorre por meio de forças de van der Waals. Já a adsorção química forma ligações covalentes quando as pontes de oxigênio Si-O-Si se rompem, permitindo a ligação de moléculas adsorvidas. A modificação da superfície da atapulgita pode aprimorar seu desempenho de adsorção.
A atapulgita remove eficazmente impurezas como metais, enxofre e asfalto de hidrocarbonetos de petróleo, além de cor e componentes nocivos de gorduras, óleos minerais e óleos vegetais. Também apresenta excelentes capacidades de adsorção de metais pesados (por exemplo, Cr³⁺, Hg²⁺). É amplamente utilizada como desodorizante, auxiliar de filtração, purificador e descolorante na indústria de proteção ambiental. O processo de pulverização da atapulgita geralmente envolve trituração e moagem mecânicas para obter a distribuição granulométrica desejada.
2.2 Catálise
Como um nanomaterial natural com estrutura de nanocanais, a atapulgita apresenta nanopartículas e uma alta relação de aspecto. Ela fornece inúmeros canais e centros ativos em nanoescala. Portanto, pode funcionar tanto como catalisador quanto como suporte de catalisador.
2.3 Propriedades coloidais e suspensivas
Sob forças de cisalhamento, a atapulgita pode se dispersar em uma estrutura de rede tridimensional caótica na água e em outros meios. Em concentrações mais baixas, os coloides de atapulgita exibem alta viscosidade e mantêm um alto grau de estabilidade de suspensão em soluções salinas, além de boa resistência a sais, álcalis, estabilidade térmica e propriedades reológicas. Assim, ela é utilizada como fluido de perfuração circulante em campos petrolíferos e como aditivo em revestimentos.
2.4 Outras Propriedades
A atapulgita possui uma área superficial específica muito grande e alguma capacidade de troca iônica, o que a torna amplamente utilizada como dessecante, agente absorvente de umidade, adsorvente, suporte de catalisador e agente antimicrobiano. Devido à sua estrutura cristalina especial em forma de agulha e fibrosa, é atóxica, inodora, não irritante, quimicamente estável, de fácil secagem e possui baixa dureza, tornando a atapulgita um excelente material de enchimento para materiais poliméricos. A pulverização eficaz da atapulgita pode quebrar parcialmente seus feixes de cristais em forma de bastonete, expondo assim mais sítios ativos.
2.5 Modificação da Atapulgita
A estrutura e as propriedades únicas da atapulgita oferecem um valor significativo para aplicações práticas. No entanto, sua estrutura cristalina limita seu desempenho de adsorção. Portanto, após a purificação da atapulgita, a modificação da superfície é necessária para aumentar ainda mais sua área superficial específica, carga superficial e tamanho dos canais, a fim de aprimorar suas propriedades de adsorção e suporte.
Métodos de modificação para atapulgita
| Método de Modificação | Princípio Fundamental | Diretrizes de aplicação |
| Tratamento térmico | A atapulgita perde água adsorvida, zeolítica, cristalina e estrutural ao ser aquecida; a área superficial específica aumenta, o diâmetro dos nanocanais se expande, melhorando o desempenho de adsorção. | Materiais de enchimento, processamento por tratamento térmico |
| Modificação ácida | O tratamento ácido substitui os cátions na estrutura; os cátions da camada octaédrica se dissolvem, sendo substituídos por íons de hidrogênio; gera ligações quebradas, aumentando a área superficial específica e a atividade. | Tratamento de água, agentes descolorantes |
| Modificação alcalina | O tratamento alcalino altera a estrutura da fase cristalina, causando transformação; os cátions metálicos são corroídos, aumentando a carga negativa da superfície e os sítios ativos; os nanocanais se alargam e a área superficial específica aumenta. | Tratamento de água, adsorção de íons |
| Modificação do sal | O tratamento com sal aumenta os cátions trocáveis, altera a carga superficial, aumenta os nanocanais internos e melhora a adsorção. | Tratamento de água, adsorção de íons, purificação do solo |
| Modificação Combinada | Utilização combinada de ácido, álcali, sal, etc., para melhorar o desempenho da adsorção. | Tratamento de água, materiais de suporte, purificação do solo |
| Modificação Orgânica | O tratamento orgânico forma uma monocamada orgânica na superfície, conferindo características duplas orgânico-inorgânicas, alterando a hidrofilicidade/lipofilicidade e ampliando a gama de aplicações. | Surfactantes, agentes de acoplamento |
Atualmente, os principais processos de modificação incluem a modificação térmica, a modificação inorgânica (ácido, álcali, sal) e a modificação orgânica. Dentre essas, a modificação ácida é a mais comum. Muitos pesquisadores empregam o tratamento ácido na atapulgita, enquanto a pesquisa sobre a modificação com sal é relativamente limitada. A modificação com sal é mais ecológica do que a modificação ácida e poderia ser explorada mais a fundo no futuro devido à sua baixa pegada de carbono. A modificação orgânica também apresenta vantagens claras sobre os métodos inorgânicos, sendo os surfactantes e agentes de acoplamento os mais utilizados. A maioria dos estudos ainda se concentra em métodos de modificação isolados, que já estão bastante consolidados. Portanto, considerar modificações combinadas que aproveitem os benefícios de múltiplos métodos pode melhorar a eficácia da modificação. A eficiência de modificações subsequentes, como o tratamento ácido ou térmico, depende muito do grau de pulverização da atapulgita.
3. Aplicações e progresso da pesquisa da atapulgita
3.1 Veículo de Administração de Fármacos
Devido à sua grande área superficial específica e forte capacidade de adsorção, a atapulgita é amplamente utilizada como veículo para pós de pesticidas de alta concentração. Também é utilizada como matriz para grânulos. Particularmente para pesticidas líquidos, o processamento em pós de alta concentração ou pós molháveis utilizando atapulgita como veículo permite ajustar a fluidez e a dispersibilidade da formulação. As propriedades reológicas e espessantes da atapulgita a tornam amplamente utilizada como agente espessante em suspensões de pesticidas.
Processo de preparação de um veículo de pesticida de alto desempenho a partir de atapulgita
Um método de desativação em duas etapas produz argilas de alto desempenho. Após a modificação com material inerte, a acidez superficial da atapulgita aumenta de pKa < 1,8 para pKa > 3,3, com pouca alteração na área superficial específica. A atapulgita modificada pode ser usada como suporte para pesticidas. Testes de estabilidade indicam que seu desempenho é comparável ao de suportes de sílica. Ao mesmo tempo, mantém as fortes propriedades de adsorção da atapulgita, solucionando problemas como o escopo de aplicação limitado e a curta vida útil de armazenamento.
Além de pesticidas inteligentes de liberação lenta, a atapulgita também é utilizada na produção de medicamentos para consumo humano. Ela atua como adsorvente, agente suspensor e excipiente em diversos fármacos. Existem normas nacionais para a atapulgita, e ela é reconhecida como uma matéria-prima farmacêutica segura.
3.2 Materiais de Suporte Catalítico
Graças à sua estrutura porosa, a atapulgita acelera as taxas de reação quando os reagentes são adsorvidos em seus canais internos. À medida que os reagentes se difundem para fora desses canais, a rede cristalina da atapulgita permanece intacta, tornando-a um material suporte catalítico ideal. Metais, óxidos metálicos e sais metálicos de alto desempenho catalítico podem ser uniformemente depositados na atapulgita, facilitando a exposição completa dos centros ativos e a transferência de substâncias ativas, aumentando significativamente a atividade catalítica. Atualmente, a atapulgita é amplamente utilizada na fixação catalítica de nitrogênio, na degradação de poluentes na água, na remoção de poluentes atmosféricos e em reações de evolução de oxigênio. Na preparação de materiais compósitos, a pulverização controlada da atapulgita garante sua dispersão uniforme na matriz polimérica.
3.3 Materiais de suporte para armazenamento de energia
A atapulgita em si não é condutora e não pode ser usada diretamente como material de armazenamento de energia eletroquímica. No entanto, tecnologias existentes, como a moldagem e os métodos de difusão por fusão, podem introduzir materiais eletroativos na atapulgita, permitindo sua aplicação no campo do armazenamento de energia eletroquímica. Os materiais de ânodo para baterias de íon-lítio comerciais consistem principalmente em materiais à base de carbono, que possuem baixa capacidade específica. A atapulgita pode ser reduzida por meio de reações de termita de alumínio para produzir silício derivado de atapulgita (SiATP), que pode substituir o carbono como material de ânodo em baterias.
3.4 Materiais Coloidais
Quando dispersa em água ou outras soluções de baixa concentração, a atapulgita forma cristais individuais em forma de bastonete ou feixes menores, que se entrelaçam sob a ação de forças de van der Waals para criar uma estrutura em rede, resultando em uma suspensão de alta viscosidade. Isso demonstra excelentes propriedades coloidais, tornando a atapulgita um componente importante em espessantes, fluidos de perfuração e aplicações de revestimento.
3.5 Agentes Clarificantes para Bebidas e Aditivos Cosméticos
Indústria Alimentícia: A atapulgita atua como agente descolorante e clarificante, atingindo descoloração superior a 70% e clarificação superior a 90% em óleos e bebidas comestíveis.
Indústria cosmética: Atua em produtos de proteção UV, controle de oleosidade e reparação da pele.
3.6 Materiais Adsorventes Ambientais
Atualmente, a atapulgita é utilizada na remoção ativa de metais pesados, corantes orgânicos, antibióticos e outros poluentes de águas residuais. Estudos exploratórios recentes também investigaram seu uso para adsorção ou enriquecimento de materiais radioativos na indústria nuclear. Com o significativo progresso nas pesquisas de modificação, os tipos de poluentes que a atapulgita pode adsorver estão em constante expansão. A pulverização da atapulgita aumenta a eficiência da remoção de poluentes, criando poros e canais mais acessíveis para difusão.
Principais mecanismos de adsorção de poluentes
| Tipo de poluente | Íons metálicos | Moléculas de corante | Íons não metálicos | Íons metálicos radioativos |
| Principais mecanismos de adsorção | Interação eletrostática, complexação química, troca catiônica, precipitação superficial | Adsorção em poros, interação eletrostática, ligações de hidrogênio, complexação química | Adsorção em poros, interação eletrostática | Interação eletrostática, complexação química |
3.7 Materiais Antimicrobianos
Embora a atapulgita não possua alta atividade antibacteriana, sua estrutura porosa e atividade superficial permitem a incorporação de agentes antibacterianos ativos, criando materiais antibacterianos compostos. Por um lado, a atapulgita pode adsorver fisicamente as bactérias, afetando a permeabilidade da membrana celular e inibindo a troca normal de substâncias com o ambiente. Por outro lado, os cristais em forma de bastonete da atapulgita exibem um efeito de perfuração por agulha, podendo danificar as paredes e membranas celulares bacterianas, tornando as bactérias inativas.
Construção de Compósitos Metálicos Antibacterianos: A atapulgita possui canais regulares em nanoescala e grupos funcionais de superfície. Devido ao fenômeno de substituição isomórfica durante sua formação, a atapulgita apresenta cargas negativas permanentes e forma numerosos defeitos ou ligações residuais em sua estrutura. Isso demonstra forte capacidade de adsorção para moléculas de pigmentos, íons de metais pesados, corantes e antibióticos.
A atapulgita contendo brometo de dodeciltrimetilamônio proporciona eficácia antibacteriana com baixa biotoxicidade.
O fotocatalisador de vanadato de bismuto/atapulgita degrada antibióticos 1,4 vezes mais rápido que o vanadato de bismuto puro.
Além dos materiais antibacterianos já mencionados, a atapulgita apresenta bom potencial de aplicação em materiais compósitos para estruturas de suporte e materiais para cicatrização de feridas. No entanto, a aplicação efetiva da atapulgita na biomedicina ainda é relativamente limitada, o que torna necessário acelerar o desenvolvimento de produtos médicos à base de atapulgita. A gaze hemostática de ação rápida utiliza a alta capacidade de adsorção da atapulgita, e substitutos ortopédicos ou odontológicos aproveitam suas propriedades antibacterianas e biocompatibilidade. Na indústria de rações, a pulverização da atapulgita é essencial para se obter o tamanho de partícula fino necessário para a adsorção eficaz de toxinas e a homogeneidade da mistura.
3.8 Materiais de preenchimento de atapulgita
A morfologia fibrosa única da atapulgita não só lhe confere propriedades especiais de nanomateriais, como também excelentes capacidades de enchimento. Isso a torna aplicável no reforço de polímeros e na fabricação de papel. Ao contrário de enchimentos tradicionais como carbonato de cálcio, caulim e talco, amplamente utilizados na fabricação de papel, a atapulgita fibrosa apresenta melhor compatibilidade com fibras vegetais. No processamento de plásticos, o desempenho de enchimento da atapulgita é significativamente superior ao de outros enchimentos inorgânicos. Ela melhora as propriedades mecânicas, térmicas e de cristalização dos plásticos. A otimização dos parâmetros de pulverização da atapulgita, incluindo tempo e energia de processamento, é fundamental para equilibrar os custos de produção e a melhoria do desempenho.
3.9 Materiais de fricção
A resina fenólica (PF), uma resina termofixa típica, é amplamente utilizada em materiais de fricção devido à sua alta resistência ao calor, excelentes propriedades mecânicas e bom desempenho de processamento. No entanto, a baixa tenacidade e o alto coeficiente de atrito da PF pura limitam suas aplicações em lubrificação sólida. A modificação da estrutura molecular, a dopagem com partículas de borracha e o reforço com fibras podem otimizar as propriedades tribológicas de compósitos de PF. Pesquisas indicam que nanofibras unidimensionais de atapulgita (AT) exibem um significativo efeito sinérgico de aprimoramento quando usadas em combinação com microfibras de alto módulo (CF, GF) em compósitos de PF. Quando a atapulgita representa 20% da fração mássica, a resistência à compressão dos materiais compósitos multinano GF/AT/PF e CF/AT/PF excede 400 MPa. Isso demonstra uma capacidade de suporte de carga extremamente alta.
3.10 Materiais para Produção Animal e Aditivos para Ração
Na produção animal, a atapulgita pode atuar como um adsorvente para capturar metais pesados, micotoxinas, bactérias e toxinas bacterianas, mantendo assim a integridade da barreira mucosa intestinal dos animais. Além disso, tratamentos de modificação, tanto inorgânicos quanto orgânicos, podem aprimorar sua atividade biológica, sendo que a atapulgita modificada apresenta boas propriedades antibacterianas. Estudos demonstraram que a adição de atapulgita à ração pode fortalecer a imunidade da mucosa intestinal e as funções antioxidantes. Ela também pode regular o equilíbrio da microbiota intestinal, melhorar a morfologia da mucosa intestinal, promover o crescimento e o desenvolvimento animal e aumentar o desempenho produtivo. A atapulgita também pode mitigar eficazmente os danos induzidos por patógenos à barreira intestinal dos animais.
Devido aos seus inúmeros benefícios, a atapulgita pode servir como aglutinante de pellets, veículo para oligoelementos e adsorvente de metais pesados em rações.
Desempenho funcional da atapulgita na alimentação animal
3.11 Aditivos para Materiais de Baterias de Lítio
Nos últimos anos, pesquisadores têm explorado amplamente minerais argilosos, como a atapulgita, no setor de baterias, descobrindo que a atapulgita inibe o crescimento de dendritos de lítio, proporcionando uma nova abordagem para a proteção de ânodos de baterias de lítio metálico.
Pesquisas demonstraram que a deposição de atapulgita em membranas de fibra pode ser eficaz na proteção do ânodo de baterias de lítio metálico. Baterias simétricas e baterias completas de fosfato de ferro-lítio foram montadas para testes eletroquímicos. Os resultados indicam que as membranas de fibra contendo atapulgita suprimem eficazmente o crescimento de dendritos de lítio. A tensão de polarização foi de apenas 83,2 mV após 500 horas de ciclagem, com uma capacidade de deposição de 1 mA·h/cm² e uma densidade de corrente de 2 mA/cm². A bateria completa com membranas de fibra contendo atapulgita manteve uma capacidade de descarga de 84,92 mA·h/g após 1.000 ciclos a uma taxa de 1C.
Conclusão
Nos últimos anos, a estrutura única em forma de bastão e a arquitetura de canais da atapulgita têm atraído atenção para a construção precisa e direcionada de novos nanomateriais funcionais. Espera-se que esses produtos atendam às demandas de aplicação em adsorção, catálise e materiais compósitos. À medida que a pesquisa básica e aplicada continua a se aprofundar, o processo de aplicação da atapulgita em nanotecnologia funcional avançará. Isso promove o desenvolvimento de materiais funcionais minerais de alta qualidade e aumenta continuamente o valor agregado do produto. Esse progresso impulsionará a modernização da cadeia produtiva da atapulgita e contribuirá para o desenvolvimento industrial sustentável.
Sobre a Epic Powder
Maquinaria Epic Powder Somos especializados em tecnologia de pulverização por jato. Nosso moinho de jato MQW40 garante o processamento eficiente de materiais, aprimorando suas propriedades para diversas aplicações. Com nossa expertise em pulverização de pós e compromisso com a qualidade, apoiamos as indústrias na conquista de seus objetivos por meio de materiais superiores. Entre em contato conosco hoje mesmo para obter uma solução personalizada.
