Desenvolvimento de nanopartículas magnéticas revestidas para adsorção de corantes

Abstract

Ao longo dos anos, novas formas de tratamento de efluentes em indústrias têxteis vem sendo exploradas, devido a produção de grandes volumes de efluentes contendo alta carga orgânica e forte coloração pela utilização de corantes (alto potencial poluidor). No presente trabalho materiais magnéticos a base de magnetita (Fe3O4) foram sintetizados como proposta tecnológica para utilizar a adsorção e o magnetismo como alternativa para separação. A magnetita foi sintetizada pelo método de coprecipitação a partir dos precursores de Fe(III) e Fe(II) em proporção molar 2:1, respectivamente, em meio alcalino sob refluxo por 6 horas. A fim de aumentar a estabilidade, a magnetita foi revestida com sílica (SiO2) via decomposição térmica do precursor tetraetilortosilicato (TEOS), formando nanopartículas (NPM) de características mesoporosas. Os materiais foram caracterizados e aplicados em soluções de diferentes concentrações do corante azul de metileno (AM), a fim de estudar suas capacidades de adsorção. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e análises térmicas (TG/DTG/DTA). Pela análise de TG do Fe3O4 puro, observou-se perda de água fisissorvida na faixa de temperatura de 25 até aproximadamente 170 oC além de um máximo de perda de massa em aproximadamente 277 oC atribuída à perda de grupos OH superficiais da magnetita. A partir do DRX confirmou-se que o material sintetizado foram predominantemente o Fe3O4, antes e após o revestimento com a sílica. Os espectros de FT-IR confirmaram as principais bandas correspondentes as ligações Fe-O (Fe3O4) e bandas referentes a ligação Si-O e Si-O-Si com deslocamentos para menor número de onda, confirmando a formação de ligações Si-O-Fe (Fe3O4@SiO2). As análises texturais mostraram que os materiais sintetizados apresentaram isotermas do tipo IV indicando poros largos e rasos. Por espectroscopia UV-Vis das soluções de AM, foi possível observar que a adsorção apresenta uma isoterma típica de Langmuir e ao variar a temperatura do processo para otimizar os parâmetros reacionais obteve-se a capacidade máxima de adsorção de 25,32 e 14,99 mg g-1 para NPM–Fe3O4@SiO2–375 L de TEOS e NPM– Fe3O4@nSiO2@mSiO2, respectivamente. Os estudos cinéticos mostraram que o tempo para se atingir o equilíbrio ficou em torno de 300 min. Ao avaliar as diferentes temperaturas observou-se que o modelo de pseudo segunda ordem foi o que melhor ajustou os dados, uma vez que apresentou os melhores coeficientes de correlação (R2 > 0,99). Os parâmetros termodinâmicos para ambos os sistemas mostraram valores negativos de ΔG° (processo espontâneo de adsorção do corante), valores positivos de ΔS°, confirmando um aumento de aleatoriedade na interface sólido-solução durante o processo de adsorção do AM e valores positivos de ΔH°, o que indica a natureza endotérmica do processo de adsorção.