ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: Adsorção e Pré-concentração de íons metálicos, sobre sílica gel funcionalizada com 2-mercaptobenzoxazol (SiMBO), em solução aquosa.

AUTORES: IAMAMOTO, M.S. (UFU) ; MARINHO, J.Z. (UFU)

RESUMO: O objetivo deste trabalho é estudar a capacidade de adsorção dos íons metálicos Hg(II), Cd(II), Zn(II) e Ni(II) na presença de cloreto de lítio e verificar a possibilidade de aplicação da matriz funcionalizada (SiMBO) na pré-concentração desses íons metálicos, em solução aquosa. Os estudos de adsorção desses íons metálicos foram realizados com técnicas de batelada e titulação complexométrica com EDTA 0,010 mol/L, na presença de LiCl 1,0 mol/L. No processo de pré-concentração, os íons metálicos foram percolados em uma coluna contendo sílica funcionalizada como fase estacionária e para a eluição foi necessário usar uma solução diluída de ácido clorídrico. O íon Hg(II) obteve melhores resultados em ambos os processos, elucidando sua alta afinidade com a matriz SiMBO.

PALAVRAS CHAVES: sílica gel funcionalizada, adsorção e pré-concentração

INTRODUÇÃO: A sílica foi inicialmente utilizada em cromatografia líquida como suporte, pelo fato de suas partículas esféricas microporosas possuírem grande permeabilidade ao solvente (HARRIS et al., 2001). A estrutura da sílica apresenta grupos silanóis (Si-OH) ou siloxanos (Si-O-Si), sendo que a concentração encontra-se em torno de 8 μmol por metro quadrado (VOGEL, 1981). A modificação química da estrutura da sílica através da inserção de grupos orgânicos, responsáveis pelo aumento da capacidade de adsorção de íons metálicos, tem sido o foco de trabalhos de síntese inorgânica. Como por exemplo, a utilização de 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). A sílica modificada pode ser empregada para extração em fase sólida, tendo como principais vantagens: ser insolúvel em solventes orgânicos e aquosos, não apresentando inchaço quando em contado com esses, apresentando grande estabilidade térmica e a reversibilidade dos processos de adsorção (AIROLDI et al., 2000). O uso de sílica organofuncionalizada em pré-concentrações tem sido muito favorável, devido a sua porosidade adequada, ocorrendo uma maior capacidade de reter íons metálicos (GUSHIKEM et al., 1985; PAVAN et al., 2001).
O objetivo deste trabalho é estudar a capacidade de adsorção dos íons metálicos Hg(II), Cd(II), Zn(II) e Ni(II) na presença de cloreto de lítio e verificar a possibilidade de aplicação da matriz funcionalizada (SiMBO) na pré-concentração desses íons metálicos, em solução aquosa.


MATERIAL E MÉTODOS: A obtenção de 2-mercaptobenzoxazol ligado à superfície da sílica gel foi feita através das reações: Si-OH + (CH3O)3Si(CH2)3SONC6H4 → Si-O-Si(CH2)3SONC6H4 + 3 CH3OH.
O processo de adsorção foi realizado através de uma agitação mecânica (por um período de duas horas) das soluções dos íons metálicos na presença do eletrólito, LiCl 1 mol/L, 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 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, em que Na é a quantidade inicial do íon metálico na solução, Ns é a quantidade do íon metálico na solução em equilíbrio com a fase sólida e m é a massa de sílica funcionalizada em gramas. O resultado de Nf é expresso em mmol/g.
No processo de pré-concentração, utilizou-se uma bureta de 5,0 mL e esta coluna foi empacotada com 1,25 g da matriz adsorvente SiMBO. Os íons metálicos (alíquotas de 10,0 mL) foram percolados com 50 mL de água destilada e então eluidos com 50 mL de ácido clorídrico 0,05 mol/L. Os íons metálicos eluidos foram determinados por uma titulação complexométrica utilizando EDTA 0,01 mol/L.
A quantidade de metal eluido foi calculado pela expressão: Re = (Ne/Na)x 100, em que Na é a quantidade inicial do íon metálico na solução, Ne é o número de mols do metal eluido e Re é a porcentagem de recuperação do íon metálico. O valor de Re é expresso em porcentagem.


RESULTADOS E DISCUSSÃO: 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 valores de Nf, no limite de saturação, na presença do cloreto de lítio, são para cada metal, em mmol/g: Hg(II) ~ 0,2079; Cd(II) ~ 0,0485; Ni(II) ~ 0,0716 e Zn(II) ~ 0,1069. Pela figura 1, observa-se que a adsorção em presença de LiCl, segue a seguinte ordem de afinidade: Cd(II)< Ni(II)< Zn(II)< Hg(II).
Pelos valores de Nf, é observado que a matriz SiMBO é altamente seletiva ao Hg(II). Para o Hg(II), houve um elevado aumento de adsorção, enquanto que para os outros metais, Cd(II), Ni(II) e Zn(II), houve apenas um ligeiro aumento, nas mesmas concentrações de LiCl. Essa diferença de adsorção se deve à presença dos grupos silanóis livres na sílica e do cloreto de lítio em solução, no qual, o lítio por formar com facilidade cátions hidratados e com grande poder de solvatação, possivelmente pode ter facilitado o transporte dos íons metálicos na fase sólida, especialmente o Hg2+ dentre os demais.
A determinação de metais em nível de traços em águas naturais, por exemplo, é muitas vezes precedida por uma etapa de pré-concentração em fase sólida que envolve a retenção dos mesmos em materiais adsorventes para aumentar a concentração. A quantidade dos metais Hg(II), Cd(II), Ni(II) e Zn(II) eluidos foi calculada a partir da expressão: Re = (Ne/Na)x 100 e os resultados obtidos são mostrados na tabela 1. De acordo com a tabela 1, a recuperação do íon metálico por eluição na coluna foi superior a 96% em todos os metais. Fica demonstrado que a possibilidade de SiMBO para separação de cátions metálicos não é satisfatória, visto que esta superfície retém todos os íons com a mesma intensidade.






CONCLUSÕES: A diferença na afinidade dos diversos metais pela matriz depende inicialmente da natureza da própria matriz, a qual, devido à alta rigidez possui pequena tendência ao inchamento na presença do solvente. Na pré-concentração individual dos íons: Hg(II), Ni(II), Cd(II) e Zn(II) retidos na coluna empacotada com SiMBO, verificou-se que é possível recuperar praticamente todos os íons metálicos. Portanto, tem-se que a matriz funcionalizada SiMBO é responsável por uma boa seletividade, principalmente em relação ao Hg(II), e o uso em pré-concentração é muito satisfatório.



AGRADECIMENTOS: Agradeço a professora Margarida pelo apoio dado durante as pesquisas e ao Insituto de Química - UFU.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AIROLDI, C.; FARIAS, R. F. 2000. Química Nova, 23: 496-503.

GUSHIKEM, Y.; MOREIRA, J. C. 1985. Journal of Colloid and Interface Science, 107: 70-75.

HARRIS, D.C. 2001. Análise Química Quantitativa, 5ª edição, Rio de Janeiro, Ed. LTC.

KALLURY, K. M. R.; LEE, W. E.; THOMPSON, M. 1993. Anal. Chemistry, 65: 2459-2465.

PAVAN, F. A.; FRANKEN, L.; MOREIRA, C. A.; COSTA, T. M. H.; BENVENUTTI, E. V; GUSHIKEM, Y. 2001. Journal of Colloid and Interface Science, 241: 413-416.

SILVA, C.R.;JARDIM,I.C.S.F.;AIROLDI,C.;J.2003.Chromatograpy.A,987: 127-139.

VOGEL, A. I. 1981. Análise Inorgânica Quantitativa, 4ª edição, Rio de Janeiro, Ed. Guanabara.