MODIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES TEXTURAIS DA PENEIRA MOLECULAR DO TIPO MCM-41 POR DEPOSIÇÃO DE CARBONO PARA REMEDIAÇÃO DO CORANTE RODAMINA B

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Iniciação Científica

Autores

Silva, D.P.S. (UFAL) ; Nascimento, R.C.S. (UFAL) ; Silva, A.O.S. (UFAL)

Resumo

As indústrias de tingimento geram uma grande quantidade de efluentes contendo diversos tipos de corantes que são prejudiciais ao homem e ao meio ambiente se não tratados devidamente. Nas últimas décadas peneiras moleculares do tipo MCM-41 vêm sendo aplicadas em adsorção, se mostrando adsorventes versáteis e promissores. Neste trabalho foi avaliada a adsorção do corante Rodamina B utilizando MCM-41 e sua versão modificada por deposição de carbono oriundo da sacarose (MCM-41 CC). A cinética de adsorção demonstrou que a MCM-41 apresentou uma baixa remoção de corante (36,67 %) enquanto a MCM-41 CC obteve melhor desempenho removendo 91,95 % do corante presente na solução e com uma capacidade de remoção de 11,91 mg/g.

Palavras chaves

MCM-41; modificada por carbono; corante rodamina B

Introdução

A MCM-41 é uma sílica mesoporosa e, representa o material mais importante da família M41S, graças a sua possível aplicabilidade a nível industrial, bem como ao seu interesse científico no sentido do desenvolvimento de novas estratégias de síntese e métodos de caracterização (Morais, 2012). A MCM-41 caracteriza-se por apresentar elevados valores de área superficial entre 700 - 1500 m2.g-1 e por possuir elevado volume de poros a depender do surfactante utilizado em sua síntese (Zhang e Ying, 1997). A flexibilidade dos métodos de síntese que utilizam os templates permite a obtenção desses materiais controlando-se o tipo de estrutura e tamanho de poro, as composições da parede e as áreas superficiais interconectadas, tão como, permitindo a otimização do material para a aplicação específica necessária (Linares et al., 2014). De um modo geral, os carvões são materiais essencialmente microporosos que adsorvem pequenas moléculas, no entanto, quando os adsorvatos são polímeros ou moléculas de grandes dimensões como vitaminas ou corantes, a sua adsorção apenas é possível se existirem poros de maiores dimensões (Fernandes, 2009). Diante disso, materiais mesoporosos como a MCM-41 são utilizados como suporte para deposição de carbono a fim de melhorar ainda mais as características de adsorção da peneira molecular (Lin et al., 2005). Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência de adsorção do corante Rodamina B, utilizando como adsorventes as peneiras moleculares MCM-41 e as suas versões modificadas por deposição de carbono: MCM-41 CC. A fonte de carbono escolhida para este trabalho foi à sacarose, por ser uma matéria-prima de fonte renovável e de baixo custo.

Material e métodos

A composição molar e o procedimento de síntese da MCM-41 foram baseados no método de Pérez, Van Eck e Melián (2016). A massa de sacarose utilizada foi calculada baseando-se na metodologia de Lin et al. (2005), que descreve ser necessário 2 g de sacarose para a deposição de uma monocamada de carbono sobre a superfície de uma alumina com área superficial de 200 m2.g-1. Determinada a massa de carbono, a MCM-41 foi misturada a uma solução contendo água destilada e sacarose. A mistura foi agitada até completa homogeneização e seca em estufa a 90 °C por 24 horas. Em seguida, a amostra foi calcinada sob fluxo de N2 de 30 mL.min-1 com uma rampa de aquecimento de 2 °C.min-1 a 600 °C por 60 minutos. As análises de DRX foram realizadas utilizando um difratômetro da Shimadzu XRD-6000. A aquisição dos dados foi realizada no intervalo de 2θ entre 1-10° e 3-40°, com velocidade de varredura de 2°.min-1 e passo de 0,02°. A morfologia dos materiais sintetizados foi analisada utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura (MEV) da Shimadzu modelo Superscan SSX-550. O estudo cinético foi realizado em batelada onde se utilizou nove recipientes de vidro de 200 mL. Uma massa fixa de 0,1 g do material foi pesada em cada recipiente, onde foi adicionado 0,025 L de uma solução aquosa de Rodamina B com concentração de 50 ppm e pH 7,94. Os recipientes foram levados a uma incubadora Shaker da Solab, modelo SL 222, agitação de 150 rpm e a 27 °C. A duração total do ensaio cinético foi de 6 horas. Em seguida, uma alíquota de 2 mL da solução sobrenadante foi retirada e levada para um balão volumétrico de 100 mL. Completou-se o balão com água destilada. A partir desta solução diluída foram feitas, em duplicata, leituras de absorbância (λ = 550 nm) em um espectrofotômetro da Hach, modelo DR 2700.

Resultado e discussão

A Figura 1(a) mostra os DRX das amostras MCM-41 antes e após calcinação. O primeiro pico centrado por volta de 2θ = 2°, é atribuído ao plano de reflexão (100), resultante da homogeneidade das distâncias interpelares (d100). Os outros picos, menos intensos, surgem das reflexões dos planos secundários (110) e (200); representam a formação de materiais mesoporosos bem ordenados com simetria hexagonal (BERNAL et al., 2019). A Figura 2(b) demonstra o DRX comparativo da amostra MCM-41-CC não calcinada com a sacarose, onde se verificou que não há fase cristalina referente à sacarose presente nas matrizes de sílica. A Tabela 1 lista os parâmetros texturais obtidos pelas análises de DRX. As amostras da MCM-41 não calcinada e MCM-41- CC apresentam valores de parâmetro de rede (a0) e d100 com um pequeno aumento em relação à MCM-41 padrão, indicando que a presença do surfactante e do carbono promoveram uma expansão dos mesoporos nas matrizes de sílica. Além disso, um menor grau de organização na MCM-41 CC é observado, indicando certa desordem na distribuição da glicose nas superfícies destes materiais. Esses resultados corroboram com as análises morfológicas apresentadas na Figura 2(a-b). Ambas possuem partículas com formato irregular de esferas alongadas, indicando que a estrutura morfológica da sílica pura foi mantida. Embora isto seja verdade, nota-se a presença de aglomerados mais envolvidos na MCM-41 CC, o que mostra que realmente a sacarose alterou a interação entre as partículas. A Figura 3 mostra o comportamento de remoção do corante Rodamina B em função do tempo. A MCM-41 apresentou uma baixa remoção de corante (36,67 %), em contrapartida, a MCM-41 CC teve o melhor desempenho removendo 91,95 % do corante presente na solução e com uma capacidade de remoção de 11,91 mg/g.

Conclusões

A MCM-41 apresentou uma baixa remoção de corante (36,67 %) enquanto a MCM-41 CC obteve melhor desempenho removendo 91,95 % do corante presente na solução e com uma capacidade de remoção de 11,91 mg/g. Isto mostra que para se remover o corante Rodamina B em solução aquosa com concentração inicial de 50 mg/L, é vantajoso depositar carbono proveniente de sacarose na matriz MCM-41.

Agradecimentos

CNPq, UFAL, LSCat, ANP e FAPEAL.

Referências

BERNAL, Yesmin Panecatl et al. Synthesis and characterization of MCM-41 powder and its deposition by spin-coating. Optik, v. 185, p. 429-440, 2019.

FERNANDES, S.A. Estudos das potencialidades Catalíticas de Materiais de Carbono. 2009. 111 f. Dissertação (Mestrado em Química Tecnológica) - Universidade de Lisboa, Lisboa, 2009.

LIN, L. et al. Uniformly carbon-covered alumina and its surface characteristics. Langmuir, v. 21, n. 11, p. 5040-5046, 2005.

LINARES PÉREZ, Noemí et al. Mesoporous materials for clean energy technologies. 2014.

MORAIS, L.A; Avaliação da remoção de hidrocarbonetos aromáticos (BTEX) em águas utilizando materiais nanoestruturados do tipo Ti-MCM-41. 2012. 116 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2012.

PÉREZ, Lidia López; VAN ECK, Ernst RH; MELIÁN-CABRERA, Ignacio. On the hydrothermal stability of MCM-41. Evidence of capillary tension-induced effects. Microporous and Mesoporous Materials, v. 220, p. 88-98, 2016.

ZHANG, Lei; YING, Jackie Y. Synthesis and characterization of mesoporous niobium‐doped silica molecular sieves. AIChE journal, v. 43, n. S11, p. 2793-2801, 1997.