AVALIAÇÃO DE COMPOSTOS NANOESTRUTURADOS DE TUNGSTATO DE BISMUTO PARA REMOÇÃO DE CONTAMINANTES ORGÂNICOS.

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Iniciação Científica

Autores

Chaves, M.J.S. (UFMA) ; Franco, T.C.R.S. (UFMA) ; Almeida, M.A.P. (UFMA)

Resumo

Materiais a base de tungstato de bismuto foram sintetizados e modificados pelo método hidrotérmico para avaliar a capacidade de remoção de 2,4-D em matriz aquosa, acompanhada por cromatografia líquida de alta eficiência.Foram sintetizados materiais com e sem presença de surfactantes, sendo eles, alanina, dodecil sulfato de sódio e ácido p-toluenosulfônico para fim de comparação. Análises de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura mostram o quanto o surfactante direciona para a organização estrutural. O melhor adsorvente foi o material Bi2WO6 sem a presença de surfactantes, entretanto os materiais dopados com alanina e ácido p-tolueno sulfônico também mostraram serem bons agentes adsorventes, com um percentual de remoção de 80% e 74% do herbicida, respectivamente.

Palavras chaves

2,4-D; Tungstato de Bismuto; surfactantes

Introdução

O crescente avanço da industrialização e agricultura mecanizada faz com que cada vez mais resíduos orgânicos como agrotóxicos, fármacos e corantes atinjam as águas superficiais, causando efeitos deletérios tanto aos seres humanos quanto à biota aquática. O ácido 2,4-diclorofenoxiacético é um dos herbicidas mais comuns e antigos do mundo, classificado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) como um herbicida hormonal de toxicidade I, extremamente tóxico. É comercializado em formulações de sais, amina e éster, sendo de ação pós- emergente (CASTRO, 2010). O Tungstato de bismuto, Bi2WO6, é um típico óxido pertencente à família Aurivillius possuindo uma estrutura em camadas, tem atraído grande interesse nos últimos anos devido as suas propriedades físico-químicas como ferroeletricidade, piezoeletricidade e comportamento catalítico (LIN, X. et al., 2014). A adição de surfactantes é um dos métodos utilizados para modificar as características e estruturas físico-químicas de materiais a base de tungstato de bismuto (LI et al. (2007), DAI et al. (2010), ZHANG et al. (2007) e TIAN et al. (2011). Devido à presença constante de uma variedade de contaminantes orgânicos persistentes e emergentes nos leitos marinhos, nem sempre os sistemas convencionais de tratamento de água são totalmente eficientes no controle e retenção de tais contaminantes, uma vez que podem ser de difícil degradação. Assim, uma alternativa ou complemento aos métodos de tratamento e descontaminação de matrizes aquosas é a utilização de materiais com alto poder de adsorção para removê-lo do ambiente. Daí a necessidade de estudar novos materiais que possam ser utilizados sem que causem um posterior problema ambiental.

Material e métodos

Em uma típica síntese hidrotérmica, obteve-se quatro tipos de materiais a base de tungstato de bismuto. As amostras sintetizadas foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura e Difração de Raios-X . Difratogramas de raios X foram obtidos a fim de fazer uma caracterização das fases cristalinas dos catalisadores. As análises de difração de raios X foram realizadas em um difratômetro de raios X Rigaku modelo Dmax 2500/PC, utilizando como radiação Cu Kα (λ = 1,5406 Å) com intervalos de 2θ de 10º a 90º. Os resultados obtidos foram comparados com os padrões dos arquivos JCPDS (Joint Commiteeon Power Diffraction Standards) pelo método computacional, sendo que todas essas medidas foram feitas à temperatura ambiente. A caracterização de morfologia das amostras foi realizada em microscópio eletrônico de varredura (MEV) com um canhão de elétrons por emissão de campo (FEG-SEM), modelo Supra 35-VP (Carl Zeiss, Alemanha), operado com 15 kV. Para os testes de adsorção Foi preparada 1,0 L de solução aquosa de 2,4-D em concentração final de 5 mg L-1, da qual foram retiradas alíquotas de 40 mL que foram colocadas em béqueres e deixadas no escuro com agitação constante por períodos de 15, 30, 45 e 60 min em temperatura ambiente na presença das amostras sintetizadas em concentração de 0,5 g L-1. Após esses tempos, as alíquotas foram filtradas em filtro de 0,2 µm e em seguida analisadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detecção por Espectrometria de Massas, HPLC-MS, em condições de fase móvel composta por 45% de acetonitrila e 55% de solução aquosa de ácido fórmico a 2%, em modo isocrático. Para a separação cromatográfica utilizou-se uma coluna SunFire C18 (Waters), com dimensões iguais a 100 x 3,0 mm com diâmetro de partícula de 3,5µm.

Resultado e discussão

Na Figura 1 são ilustrados os padrões de difratogramas para os compostos obtidos,onde é possível observar que todos os compostos apresentaram uma estrutura do tipo ortorrômbica com grupo espacial P21ab com parâmetros de rede a = 5,4379 Å, b = 16,4262 Å e c = 5,4549 Å, o que está de acordo com JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) Nº 39-0256. Além do mais, a Figura 2 mostra claramente que nenhum outro pico adicional (impureza) foi encontrado, mostrando que os compostos encontram-se em uma única estrutura. Na figura 2 são ilustradas imagens de microsocopia eletrônica de varredura para os compostos obtidos neste trabalho, é possível ver claramente que as morfologias são completamente diferentes. Para o composto obtido sem emprego de surfactante (Figura 2 a-b), este apresentou uma morfologia do tipo nanoplacas, as quais estão aglomeradas. Enquanto que para os compostos obtidos com emprego do aminoácido alanina (Figura 2 c-d), dodecil sulfato de sódio (Figura 2 e), e ácido p-tolueno sulfônico, estes apresentaram morfologia do tipo flores e nanopartículas (Figura 2 f). Um fator em comum para a morfologia de todos os compostos obtidos neste trabalho, é que se mostraram nanoestruturadas. Os experimentos de adsorção foram realizados para se avaliar a capacidade dos materiais sintetizados em remover o contaminante do meio aquoso e determinação do tempo necessário para que fosse obtido o equilíbrio de adsorção e dessorção do 2,4-D na superfície do material. Foram analisadas por HPLC-MS amostras dos quatro tipos de catalisadores, sendo o equilíbrio atingido em 30 minutos, tendo cerca de 95%, 74%, 80% e 18% de 2,4-D adsorvido na superfície dos catalisadores Bi2WO6, Bi2WO6-PTSA, Bi2WO6-ALA e Bi2WO6-SDS, respectivamente.

Difratograma de raios X para amostra de tungstato de bismuto. A) Bi2WO6, B) Bi2WO6-ALA, C) Bi2WO6- SDS, D) Bi2WO6-PTSA.


Micrografias para amostra de tungstato de bismuto. a-b) Bi2WO6, c-d) Bi2WO6-ALA, e) Bi2WO6-SDS, e f) Bi2WO6-PTSA

Conclusões

O presente trabalho mostrou que óxidos de tungstato de bismuto dopados com diferentes solventes no processo de síntese apresentaram boa capacidade de remoção do herbicida 2,4-D. O material que se apresenta na forma Bi2WO6 é um bom adsorvente, removendo cerca de 95% do contaminante em 30 minutos, enquanto o Bi2WO6-ALA e Bi2WO6-PTSA tiveram uma eficiência como adsorventes de 80% e 74%, respectivamente, para o mesmo período de tempo. Já o Bi2WO6-SDS não apresentou boas taxas de remoção do contaminante, o que pode ser explicado pela sua estrutura.

Agradecimentos

À FAPEMA pelo auxílio financeiro para realização deste trabalho. Ao PIBIC-UFMA pela concessão de bolsa.

Referências

AMARANTE JR, Ozelito Possidônio de; SANTOS, MELO, Francisca Ivanize Brito; Teresa Cristina Rodrigues; BRITO, Natilene Mesquita; RIBEIRO, Maria Lúcia Avaliação do potencial de contaminação por herbicidas – ácido 2,4-diclorofenoxiacético. São Carlos: RiMa editora, 2014.
CASTRO, Fernando Delalibera de. Degradação do Ácido Diclorofenoxiacético (2,4-D) com ozônio eletrogerado. 2010. 84 f. Dissertação (Mestrado)-Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.
LI, Y.; LIU, J.; HUANG, X.; LI, G. Hydrothermal Synthesis of Bi2WO6 Uniform Hierarchical Microspheres. Crystal Growth & Design, v. 7, n. 7, p. 1350-1355, 2007.
TIAN, G.; CHEN, Y.; ZHOU, W.; PAN, K.; DONG, Y.; TIAN, C.; FU, H. Facile solvothermal synthesis of hierarchical flower-like Bi2MoO6 hollow spheres as high performance visible-light driven photocatalysts. Journal of Materials Chemistry, v. 21, n. 3, p. 887-892, 2011.
ZHANG, L.; WANG, W.; CHEN, Z.; ZHOU, L.; XU, H.; ZHU, W. Fabrication of flower-like Bi2WO6 superstructures as high performance visible-light driven photocatalysts. Journal of Materials Chemistry, v. 17, n. 24, p. 2526-2532, 2007.