Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Verde
TÍTULO: Hidroxiapatita dopada como catalisador na remediação ambiental
AUTORES: Hoff Schranck, S.C. (UNIOESTE) ; Lindino, C.A. (UNIOESTE) ; Ferradoza Batalioto, C. (UNIOESTE)
RESUMO: A possibilidade de inserção de íons na estrutura da hidroxiapatita (dopagem), durante sua síntese, sua facilidade de preparação, seu baixo custo e ausencia de toxicidade potencializa sua utilização como catalisador heterogêneo de ampla aplicação em processos de remediação em ecossistemas contaminados. Este trabalho teve por objetivo desenvolver catalisadores baseados em hidroxiapatita dopadas com tungstenio, vanadio e zinco em estudos em processos de fotodegradação do corante Índigo Carmim. Os resultados mostraram que a dopagem com tungstenio e vanadio degradaram 100 % do corante no tempo de quarenta minutos com cinética de ordem zero. Os outros íons apresentaram percentuais de degradação menores. A utilização de catalisadores baseados em hidroxiapatita seguem o princípio da Química Verde
PALAVRAS CHAVES: remediação; sustentabilidade; catalisador
INTRODUÇÃO: O crescimento das atividades industriais nos últimos anos trouxeram também novos problemas devido à eliminação de produtos tóxicos gerados pela indústria. A busca por processos, novas técnicas e ferramentas que possam auxiliar na eliminação da toxicidade dos efluentes tem sido tema bastante discutido, a fim de tornar os processos industriais mais “verdes”. O descarte inadequado de efluentes de medicamentos, mesmo na sua característica micropoluente, pode exercer impactos significativos ao meio ambiente e à saúde publica.
Uma das técnicas aplicadas ao tratamento de efluentes orgânicos para degradação é o processo oxidativo avançado, no qual a amostra é submetida a reações fotocatalíticas realizadas por partículas de um semicondutor que absorvem um fóton de luz mais energético que a “bandgap”. Então o elétron é excitado da banda de valência para banda de condução, formando um par elétron/vacância, podendo iniciar processos de oxidação e/ou redução de substratos adsorvidos (SAUER, 2002)
Estudos anteriores do grupo de pesquisa mostraram que hidroxiapatitas dopadas com Cr e Fe ou sem dopante apresentam efeito como catalisador heterogêneo para a degradação fotoquímica de corantes e fármacos, com desempenho comparável com o dióxido de titânio (material referencia) e que é dependente da metodologia de preparação. Este material é atóxico, de baixo custo, com possibilidade de alterar suas características alterando-se as condições de síntese.
Este trabalho teve por objetivo a síntese de novos catalisadores baseados em hidroxiapatita dopados com vanádio, zinco e tungstênio e estudos da degradação do corante azul Carmim por radiação UV.
MATERIAL E MÉTODOS: As hidroxiapatitas com ou sem dopantes foram sintetizadas por via úmida, utilizando duas metodologias já disponíveis na literatura publicada pelo grupo de pesquisa (Souza, 2008). Foram sintetizados pós de hidroxiapatita pura (método convencional com nitrato de calcio e fosfato ácido de amonio na proporção Ca:P de 0,67 e método da precipitação homogênea com ureia) e com os dopantes tungstenio, vanadio e zinco na proporção Ca:dopante de 1:0,06. Estudou-se também o efeito da temperatura após a sintese, na temperatura de 800°C, por uma hora por meio de mufla digital. A eficiência de cada material como catalisador foi estudada na degradação do corante Índigo Carmim, comparando-se com a eficácia do TiO2, utilizando-se uma lâmpada de mercúrio de 80 W (sem proteção) a 13,5 cm da amostra e acompanhamento da degradação por espectrofotometria UV-visível utilizando espectrofotômetro Shimatzu UV-1601 PC, após a centrifugação da amostra.
Para este estudo preparou-se 50 mL de uma solução de Indigo Carmim 44μmol L[-1] com a proporção de pó-solução de 1:1. A irradiação foi realizada nos tempos 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 e 120 minutos ou até total degradação da amostra, acompanhada por centrifugação da mesma.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados mostraram que hidroxiapatitas dopadas com tratamento em mufla apresentaram menor eficiência de degradação do corante do que aquela sem tratamento. A porcentagem de degradação do corante, no tempo de 120 minutos de irradiação UV, utilizando-se a hidroxiapatita dopada com vanádio e tratamento em mufla, correspondeu a 23,6%; para a hidroxiapatita dopada com tungstênio e tratamento em mufla foi de 40,8%. Os dados indicam que o tratamento em mufla diminui a área superficial de catálise, o tamanho das particulas e modifica a superficie do material, alterando a estrutura geometrica dos íons adsorvidos.
A degradação com hidroxiapatita dopada com NH4VO3 pelo método da precipitação homogenea com ureia sem tratamento em mufla apresenta duas regiões distintas de cinética de degradação, lineares, nos tempos de 0 a 10 minutos e de 10 a 60 minutos, com equação de y=1,00241-0,02945 e R2=0,9996 para o primeiro intervalo de tempo e y=08101-0,001269x e R2=0,9837 para o segundo intervalo de tempo, indicando velocidade de degradação maior nos primeiros minutos de irradiação, devido a alta concentração de corante presente na solução e menor velocidade de degradação nos tempos posteriores. Hidroxiapatitas dopadas com íons vanádio e tungstênio obtidas pelo método com ureia degradaram 100 % do corante no tempo de 60 e 40 minutos, respectivamente. A hidroxiapatita obtida pelo método convencional degradou 55,4 % em 60 minutos de irradiação. Hidroxiapatitas dopadas com zinco apresentaram percentual de degradação de 23,3 % para ambos os métodos de síntese.
Percentual de degradação do corante
A figura representa a taxa de fotodegradação do corante Azul Carmin com o tempo para hidroxiapatitas dopadas com vanadio e tungstenio
CONCLUSÕES: Os catalisadores baseados em HAP mostraram eficiência na degradação do corante estudado comparável ao TiO2. Hidroxiapatitas dopadas com NH4VO3 e NaWO4 apresentaram eficiência na degradação do corante Indigo Carmim, sendo que o tratamento em mufla diminuiu esta eficiência. Com menos custo e menos impacto ambiental, a HAP pode ser utilizada de acordo com a filosofia da Química Verde.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq pela bolsa PIBITI de Suelen Caroline Hoff Schrunck.
À Fundação Araucaria pela Bolsa Produtividade de Cleber Lindino e pelo apoio recebido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Souza, J. L. ; Martin, N. ; Oliveira, S. R. ; Lindino, C. A. Acta Scientiarum. Technology, v. 30, nº2, 2008, p. 231-236.
SAUER, T. Degradação fotocatalítica de corante e efluente têxtil, 2002, p. 124. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002.