ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: Quantificação de adsorção de íons metálicos, sobre sílica gel funcionalizada com 2-mercaptobenzoxazol, em solução aquosa.
AUTORES: IAMAMOTO,M.S. (IQ-UFU) ; MARINHO,J.Z. (IQ-UFU)
RESUMO: O objetivo deste trabalho é estudar a capacidade de adsorção dos íons metálicos: Hg(II), Cd(II), Zn(II) e Ni(II) em solução aquosa, sobre a superfície da sílica gel funcionalizada com 2-mercaptobenzoxazol. A obtenção de 2-mercaptobenzoxazol ligado à superfície da sílica gel foi feita através das reações:
-Si-OH + (CH3O)3Si(CH3)SONC7H5 -> -Si-O-Si(CH3)SONC7H5 + CH3OH. O presente material foi abreviado como SiMBO. Os estudos de adsorção desses íons metálicos foram feitos usando técnicas de batelada e titulação complexométrica com EDTA 0,010 mol/L. A quantidade de metal adsorvido pela fase sólida em equilíbrio com a solução foi calculada pela equação: nf = (na-ns)/m. Observou-se que a quantidade de íon metálico adsorvida pelo material SiMBO aumenta na ordem: Cd(II)< Ni(II) < Zn(II)< Hg(II).
PALAVRAS CHAVES: sílica gel funcionalizada e adsorção.
INTRODUÇÃO: A sílica gel é um sólido inorgânico, representado por SiO2, na qual cada átomo de silício é circundado por quatro átomos de oxigênio, formando uma unidade tetraédrica [SiO4]. Devido à presença dos grupos silanóis reativos, na superfície da sílica, é possível obter um grande número de reações de modificação, permitindo imobilizar móleculas organofuncionais e inorganofuncionais em sua superfície.
Os modificadores, possuindo um grupo funcional enxofre como átomo doador, têm sido usados na preparação da sílica modificada, os quais têm sido úteis na adsorção de íons metálicos em solução aquosa (SESHADRI et al., 1982; SUTTHIVAIYAKIT et al., 1985). Pesquisas têm mostrado que 2-mercaptobenzoxazol fisicamente adsorvido sobre a superfície da sílica gel pode ser usado para os estudos de adsorção de muitos metais pesados em solução aquosa (KALLURY et al., 1993; SILVA et al., 2003). O principal interesse em estudar essa molécula deve-se ao fato que a mesma tem afinidade muito grande por alguns metais pesados, como é o caso do Hg(II).
O objetivo deste trabalho é então estudar a capacidade de adsorção dos íons metálicos: Hg(II), Cd(II), Zn(II) e Ni(II) em solução aquosa, sobre a superfície da sílica gel funcionalizada com 2-mercaptobenzoxazol.
A sílica gel, com uma área específica de 243 metros quadrados por grama, diâmetro médio dos poros (60 Ângstrons) e tamanho das partículas (0,063-0,20 mm), foi ativada por aquecimento, para eliminar as moléculas de água adsorvidas na supefície (ligadas á superfície por pontes de hidrogênio) sem afetar o número de grupo silanóis presentes em sua superfície.
MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente, a ativação da sílica gel foi feita em uma estufa a uma temperatura de 120 ºC durante 4 horas, para eliminar as moléculas de água adsorvidas em sua superfície. A ativação foi realizada para facilitar a reação com o agente sililante tricloro-propiltrimetoxissilano. A sílica ativada foi utilizada nas reações posteriores.
A reação de organofuncionalização consiste em uma reação de sililação ou sinalização, o qual um alcoxissilano passa a ser ligado quimicamente à superfície da sílica, obtendo uma superfície modificada. A partir da sílica sinalizada, foi feita a reação de funcionalização com a espécie química 2-mercaptobenzoxazol, que contém o grupo coordenante.
A obtenção de 2-mercaptobenzoxazol ligado à superfície da sílica gel foi feita através das reações:
-Si-OH + (CH3O)3Si(CH3)SONC7H5 -> -Si-O-Si(CH3)SONC7H5 + CH3OH.
O processo de adsorção foi realizado através de uma agitação mecânica (por um período de duas horas) das soluções dos íons metálicos juntamente com uma quantidade estabelecida de sílica funcionalizada (em torno de 0,100 gramas), em um tubo de agitação de 50,0 mL. A solução sobrenadante foi separada por decantação e o metal foi analisado por uma titulação complexométrica com EDTA 0,01 mol/L.
A quantidade de metal adsorvido (nf) foi calculada através da expressão:
nf = (na-ns)/m, onde na é o número de mols adicionado do metal na solução aquosa, ns é o número de mols do sobrenadante na solução aquosa e m é a massa de sílica funcionalizada em gramas. O resultado de nf é expresso em mmol/g.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O 2-mercaptobenzoxazol quimicamente ligado à superfície da sílica gel funcionou como agente complexante dos íons metálicos Hg(II), Cd(II), Zn(II) e Ni(II) através do átomo de oxigênio de sua estrutura.
A máxima quantidade de metal adsorvido é igual à quantidade de mol de metal adsorvido quando a concentração do metal tende a infinito, ou seja, quando está no limite de saturação. Os resultados dos experimentos de adsorção, expressos no limite de saturação (a capacidade de troca determinada da isoterma no ponto de insaturação), são mostrados na Tabela 1 (fig.2).
Pelos resultados obtidos a ordem de afinidade do material SiMBO pelo metal foi: Cd(II)< Ni(II)< Zn(II)< Hg(II), de acordo com os valores de nf no limite de saturação.
Os nossos estudos preliminares de adsorção desses íons metálicos em solução aquosa sem dependência de pH, têm demonstrado que este material é altamente seletivo ao Hg(II).
Através das isotermas de adsorção obtidas no Gráfico 1 (fig.1), observou-se que para o Ni(II) e o Zn(II) houve um aumento acentuado de adsorção até uma concentração de 0,00206 e 0,00195 mol/L, respectivamente, em seguida atingindo o limite de saturação em torno de 0,043 para Ni(II) e 0,052 para Zn(II), ambos expressos em mmol/g.
Em relação à adsorção de Cd(II), nota-se que a transferência do íon metálico para a fase sólida teve um ligeiro aumento até a concentração 0,00194 mol/L e o valor de nf atingiu aproximadamente em 0,021 mmol/g. No caso do Hg(II), teve um aumento significante na adsorção até 0,000905 mol/L, mantendo-se praticamente constante até a concentração 0,00242 mol/L, atingindo seu limite de saturação aproximadamente em 0,154 mmol/g.
Esses valores calculados (nf e concentração) foram obtidos sem dependência de quaisquer fatores externos, como por exemplo o pH.
CONCLUSÕES: Esses conjuntos de fatos aqui expostos contribuem mesmo em pequena escala, para os estudos realizados nesta área e para um melhor conhecimento sobre as propriedades de adsorção de íons metálicos sobre sílica gel modificada em solução aquosa.
O processo de adsorção depende também da quantidade de grupos organofuncionais presos à superfície. Consequentemente, o valor de nf (em mmol/g) deve-se aproximar de um valor constante no limite de saturação da superfície para cada metal. E, então, o metal que teve mais afinidade à sílica modificada e com valores de nf mais altos foi o íon Hg(II).
AGRADECIMENTOS: Agradeço a professora Margarida e o Instituto de Química-UFU pelo apoio dado durante as pesquisas científicas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: KALLURY, K. M. R.; LEE, W. E.; THOMPSON, M. 1993. Anal. Chemistry, 65: 2459-2465.
SESHADRI, T.; KETTRUP, A.; FRESENIUS,Z. 1982. Anal. Chemistry, 310: 1-8.
SILVA, C. R.; JARDIM, I. C. S. F.; AIROLDI, C. 2003. J. Chromatography. A, 987: 127-139.
SUTTHIVAIYAKIT, P.; KETTRUP,A. 1985. Anal. Chemistry. Acta, 169: 331-335.
