FILMES A BASE DE ALGINATO-Fe2+/Fe3+ PARA A DESCOLORAÇÃO DO ALARANJADO DE METILA VIA REAÇÃO DE FENTON E TIPO-FENTON

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Fonseca Neves Quadrado, R. (UFPEL) ; Ricardo Fajardo, A. (UFPEL)

Resumo

As reação de Fenton clássica e tipo Fenton são amplamente empregadas no tratamento de águas residuais contaminadas por corantes do tipo azo. Porém, a eficiência dessas reações é afetada pela constante perda de íons ferro, utilizados como catalisadores, e a formação de resíduos sólidos. Neste estudo, os íons ferro (Fe2+ ou Fe3+) foram imobilizados por meio de uma simples metodologia em uma matriz de alginato (Alg), na forma de um filme fino. Nossos resultados demonstram que os filmes Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ imobilizaram eficientemente os íons de ferro, bem como, apresentaram elevada capacidade catalítica na descoloração do alaranjado de metila, um corante azo.

Palavras chaves

Descoloração; Fenton; Filme

Introdução

Corantes e pigmentos azoicos, caracterizados pela presença do grupo -N=N–, são uma importante classe de corantes extensamente usados pela indústria têxtil. Porém, a falta de tratamento adequado a efluentes contendo corantes do tipo azo acarreta em graves danos ambientais, além de grande risco a saúde humana. Diversos métodos físicos, químicos e biológicos podem ser empregados para a descoloração de efluentes de várias indústrias. Contudo, os métodos físicos e biológicos apenas transferem os poluentes de uma fase para outra. Os métodos químicos apresentam grande eficiência na descoloração de corantes, destacando-se os processos oxidativos avançados (POA). Esses processos se baseiam na geração de radicais hidroxil que são espécies oxidantes da maioria dos compostos orgânicos. Um dos POA mais aplicados no tratamento de efluentes têxteis é a reação de Fenton que por meio da degradação do peróxido de hidrogênio (H2O2) na presença de íons ferro Fe2+ (Fenton clássica) ou Fe3+ (tipo-Fenton) gera radicais hidroxila, responsáveis pela descoloração do corante azoico (Panda et. al, 2011). Porém, a utilização do processo Fenton homogêneo acarreta na formação de espécies de ferro precipitadas que diminuem a eficiência da descoloração, bem como, provocam uma poluição secundária. Assim, a utilização de íons ferro imobilizados impede a precipitação das espécies de ferro, além de permitir a fácil recuperação do material. O alginato (Alg) é um polímero binário que contém grupos carboxila (-COOH) em sua estrutura capazes de imobilizar cátions metálicos (Liu et al.,2016). Portanto, o objetivo desse trabalho foi preparar um material, na forma de um filme fino, de Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ e avaliar sua atividade catalítica na descoloração do corante alaranjado de metila (AM).

Material e métodos

Preparação dos filmes: A preparação dos filmes Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ ocorreu em dois passos. Primeiramente, 750 mg de alginato de sódio foram solubilizados em água destilada (50 mL) a 60 °C por 2 h, sob agitação magnética para, em seguida, 200 μL de glicerol (gli) ser adicionado a solução. A solução de Alg/glicerol foi homogeneizada, sob agitação, durante 30 min a temperatura ambiente sendo, posteriormente, vertida em uma placa de Petri e seca em estufa a 60 °C por 12 h. No segundo passo, amostras de filmes Alg/glicerol (20 x 20 mm, 60 mg) foram submersos em uma solução de FeCl2.4H2O ou FeCl3.6H2O durante 48h , sob agitação constante (100 rpm) a temperatura ambiente. Após a imobilização dos íons ferro, os filmes foram purificados em água destilada (temperatura ambiente, 24 h, 100 rpm). Os filmes com Fe2+ imobilizado foram denominados de Alg-Fe2+ e os filmes contendo Fe3+ de Alg-Fe3+. Os filmes sintetizados foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). Atividade catalítica: A descoloração do AM no sistema Fenton (Alg-Fe2+ como catalisador) e tipo-Fenton (Alg-Fe3+ como catalisador) foi investigada através do espectrofotômetro UV-Vis, monitorando, em intervalos específicos, o comprimento de onda máximo do AM (λ = 464 nm). Para isso, amostras (60 mg) dos filmes Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ foram submersos em 50 mL de AM, na presença de H2O2, retirando-se alíquotas de 4 mL para a análise da absorbância. Os efeitos da concentração inicial do AM (20–80 ppm), pH (2-5) e a concentração do H2O2 (1-20 mM) foram investigados.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta os espectros de FTIR obtidos para o filme de Alg/gli, Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+. O espectro do filme Alg/gli mostra as bandas características em 3430 cm-1, 1615 cm-1 e 1410 cm-1 associadas,respectivamente, ao estiramento axial do grupo hidroxila e ao estiramento assimétrico e simétrico dos grupos –COOH do Alg. Os espectros de FTIR dos filmes Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ possuem novas bandas em 1737 cm-1 e 1741 cm-1 referentes à interação entre os grupos –COOH do Alg com os íons Fe2+ ou Fe3+, além do surgimento de novas bandas em 690 cm-1 e 693 cm-1 associadas ao estiramento da ligação Fe-O confirmando a presença de Fe2+ ou Fe3+ na matriz de Alg (Li et al.,2014).A Figura 2 exibe o efeito do pH, da concentração inicial de AM e da concentração de H2O2 nos sistemas Fenton (coluna da esquerda) e tipo-Fenton (coluna da direita).Na Fig.2(a,b) está demonstrado o efeito do pH onde a descoloração aumenta em ambos os sistemas variando o pH de 2 para 3, pois, em pH muito ácido (pH 2) ocorre a solvatação do H2O2, diminuindo a formação de radicais hidroxila enquanto que em pH>4, os íons ferro precipitam na forma de hidróxido, diminuindo a capacidade catalítica (Li et al.,2013).Um fator importante para a reação de Fenton é a concentração inicial do corante no meio reacional. Como monstra as Fig.2(c,d), à medida que a concentração inicial de AM aumenta, maior é o tempo necessário para a descoloração do corante nos dois sistemas, resultado coerente com a literatura(Chen et al.,2007). O efeito da concentração do H2O2 é mostrado na Fig.2(e,f). Em altas concentrações de H2O2(10 mM e 20mM), a descoloração do AM é desfavorecida. Gao et al. associaram esse efeito com a formação de radicais hidroperoxila que são fracos oxidantes.

Espectros de FTIR dos filmes Alg, Alg-Fe2+ e Alg- Fe3+.


Efeito da variação do pH (a/b), da concentração inicial de AM (c/d) e da concentração inicial de peróxido de hidrogênio (e/f).

Conclusões

A partir dos resultados descritos, pode-se concluir que a metodologia utilizada foi eficiente na imobilização de íons Fe2+ e Fe3+ na matriz de alginato. Além disso, os filmes Alg-Fe2+ e Alg-Fe3+ obtidos apresentaram elevada atividade catalítica na descoloração do corante AM. Assim, por conta de sua capacidade catalítica, bem como, a simplicidade em sua manipulação, ambos os filmes são um interessante catalisador barato para o tratamento de águas residuais contaminadas por corantes azo.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro (Chamada Universal - Processo 441888/2014-3).

Referências

CHEN, J.; ZHU, L. Heterogeneous UV-Fenton catalytic degradation of dyestuff in water with hydroxyl-Fe pillared bentonite. Catalysis Today, v. 126, 463-470, 2007.

GAO, M.; ZHANG, D.; LI, W.; CHANG, J.; LIN, Q.; XU, D.; MA, H. Degradation of methylene blue in a heterogeneous Fenton reaction catalyzed by chitosan crosslinked ferrous complex. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, v. 67, 355-361, 2016.

LI, B.; DONG, Y.; ZOU, C.; XU, Y. Iron(III)−Alginate Fiber Complex as a highly Effective and Stable Heterogeneous Fenton Photocatalyst for mineralization of Organic Dye. Ind. Eng. Chem. Res., v. 53, 4199-4206, 2014.

LI, B.; DONG, Y.; DING, Z. Photoassisted degradation of CI Reactive Red 195 using an Fe(III)-grafted polytetrafluoroethylene fibre complex as a novel heterogeneous Fenton catalyst over a wide pH range. Color. Technol., v. 129, 403-411, 2013.

LIU, Y.; WANG, J. S.; ZHU, P.; ZHAO, J. C.; ZHANG, C. J.; GUO, Y.; CUI, L. Thermal degradation properties of biobased iron alginate film. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, v. 119, 87-96, 2016.

PANDA, N.; SAHOO, H.; MOHAPATRA, S. Decolourization of Methyl Orange using Fenton-like mesoporous Fe2O3–SiO2 composite. Journal of Hazardous Materials, v. 185, 359-365, 2011.