Síntese, caracterização e aplicação de nanopartículas de Fe/Ni estabilizadas com CMC para remediação de água contaminada artificialmente com Nimesulida

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ambiental

Autores

Araújo, A.F. (UFVJM) ; Gonçalves, A.A. (UFVJM) ; Franco, D.V. (UFVJM) ; da Silva, L.M. (UFVJM) ; Verly, R.M. (UFVJM)

Resumo

Este trabalho tem por objetivo realizar a síntese e caracterização de nanopartículas bimetálicas de Fe/Ni estabilizadas com carboximetilcelulose (CMC) e avaliar a eficiência destas nanopartículas no tratamento de água contaminada artificialmente com Nimesulida (NIM). As nanopartículas foram obtidas a partir da redução química do Fe2+ e a sua caracterização foi feita por meio das técnicas de Difração de Raios-X (DRX), Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A eficiência de degradação da NIM foi monitorada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) com detector UV-Vis, onde obteve-se uma degradação de até 100% em apenas 5 min de reação.

Palavras chaves

Fe/Ni; Nanopartícula bimetálica; Degradação de nimesulida

Introdução

Nas últimas décadas, a presença de contaminantes emergentes em água apareceu como uma nova ameaça ambiental que precisa ser enfrentada por vários governos ao redor do mundo. Entre os contaminantes emergentes têm-se os produtos farmacêuticos, que alcançam os cursos d’água e muitas vezes não são devidamente tratados. Esta circunstância conduz ao desenvolvimento de uma nova tecnologia para o tratamento de água, a fim de enfrentar este novo tipo de contaminação (ELJARRAT et al, p. 655, 2003). Nanopartículas bimetálicas à base de ferro tem recebido atenção para remediar contaminantes da água subterrânea devido ao seu pequeno tamanho de partícula, grande área de superfície específica, alta densidade e grande reatividade intrínseca. O níquel exerce a função de um catalisador para melhorar a reatividade do ferro (LIU et al, p. 448, 2014; WENG et al, p. 80, 2013). O estabilizante CMC atua como um dispersante, a fim de evitar a aglomeração das nanopartículas. Diante disso, o objetivo do trabalho é sintetizar, caracterizar e avaliar a eficiência de nanopartículas bimetálicas de Fe/Ni estabilizadas com CMC no tratamento de água contaminada artificialmente com Nimesulida.

Material e métodos

Para a síntese das nanopartículas bimetálicas de Fe/Ni misturou-se uma solução de CMC e uma solução de sulfato de ferro (Fe2SO4) para formar o complexo Fe- CMC. Aguardou-se o repouso e, a seguir, adicionou-se lentamente sob constante agitação o borohidreto de sódio (NaBH4). Por fim, adicionou-se o NiNO3. O frasco foi mantido fechado para evitar a entrada de oxigênio. A formação e caracterização das nanopartículas de Fe/Ni foram verificadas pelas técnicas de MEV, MET, DRX e EDX. Para avaliar a capacidade de degradação da Nimesulida, executou-se experimentos conduzidos em erlenmayers contendo NIM em diferentes concentrações e solução de Fe/Ni em concentração fixa. Também foram efetuados estudos variando a concentração da solução de Fe/Ni com a concentração de NIM fixa. Após a adição de todos os reagentes os frascos foram selados para evitar entrada de oxigênio. As amostras foram agitadas continuamente durante a reação e em tempos pré-determinados retirava-se uma alíquota e realizava-se análise de CLAE.

Resultado e discussão

A morfologia e tamanho das nanopartículas de Fe/Ni (NP Fe/Ni) são mostrados na Fig. 1. As imagens de TEM mostram que as nanopartículas preparadas com o estabilizante são esféricas com tamanhos variando cerca de 50 a 200 nm e formam pequenas cadeias de grânulos. Já as nanopartículas preparadas sem o dispersante apresentam grandes aglomerados. As imagens de MEV revelam uma superfície mais áspera das NP Fe/Ni sem o uso do CMC em comparação as NP Fe/Ni com o uso do CMC. Essa aspereza é devido à deposição de níquel sobre a superfície de ferro. O gráfico de DRX mostrou um pico mais intenso em 2θ = 45° para as NP Fe/Ni sem CMC referente ao Fe0 e para as NP Fe/Ni com CMC o pico referente ao Fe0 foi menos intenso, uma vez que este estava mais disperso e em tamanhos menores. Para ambos houve um pico em 2θ = 62° referente ao Ni, sendo estes menos intensos devido ao Ni estar em menores proporções. Em relação ao Fe os demais picos são referentes aos óxidos de ferro. Os dados obtidos pelo EDS corroboram o que foi visto pelo DRX. Como a caracterização das NP Fe/Ni com o CMC mostraram ter menor tamanho de partícula e serem menos aglomeradas, ela foi utilizada para os estudos de degradação da NIM. Estes resultados estão dispostos na Fig. 2. Na Fig. 2 avaliou-se o efeito das variações da concentração tanto de NIM quanto de Fe/Ni na eliminação do fármaco em água contaminada artificialmente. Em (A) observa-se que em concentrações mais elevadas de NIM, a degradação começa a ocorrer em menor tempo. E em (B) a concentração de NIM diminuiu ao longo do tempo e à medida que a concentração das nanopartículas de Fe/Ni aumentava. Nos dois casos a degradação de NIM foi até cerca de 100% e num curto intervalo de tempo.

(A,B) TEM das NP Fe/Ni sem/com CMC, respectivamente; (C,D) MEV das NP Fe/Ni sem/com CMC, respectivamente; (E) DRX das NP Fe/Ni e (F) EDX das NP Fe/Ni.


Resultados obtidos por CLAE na degradação da NIM. (A) Variação da [NIM]0 sobre a taxa de remoção de NIM; (B) Variação da [Fe/Ni] na eliminação de NIM.

Conclusões

A caracterização das NP Fe/Ni mostraram que a utilização do estabilizante (CMC) faz com que as partículas fiquem menores e mais dispersas, o que pode acarretar em melhores resultados para a degradação de poluentes orgânicos. O estudo sobre a remoção de NIM em água contaminada artificialmente utilizando as NP Fe/Ni sintetizadas com uso da CMC, mostrou que o método adotado foi capaz propiciar na total remoção da NIM. A taxa de remoção de NIM é dependente de sua concentração e da [Fe\Ni].

Agradecimentos

Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e do Mucuri - UFVJM

Referências

ELJARRAT, E. AND D. BARCELO. Priority lists for persistent organic pollutants and emerging contaminants based on their relative toxic potency in environmental samples. Trends Anal. Chem., n° 22, 655-665, 2003.
LIU, W.-J.; QIAN, T.-T.; JIANG, H. Bimetallic Fe nanoparticles: Recent advances in synthesis and application in catalytic elimination of environmental pollutants. Chemical Engineering Journal, n° 236, 448-463, 2014.
WENG, X.; SUN, Q.; LIN, S.; CHEN, Z.; MEGHARAJ, M.; NAIDU, R. Enhancement of catalytic degradation of amoxicillin in aqueous solution using clay supported bimetallic Fe/Ni nanoparticles. Chemosphere, n° 103, 80-85, 2013.