ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Barros de Almeida, D. (IFSUDESTEMG) ; Gonçalves da Silveira Machado, I. (IFSUDESTEMG) ; Silva Netto, D. (IFSUDESTEMG) ; Firmino Felicio, J.V. (IFSUDESTEMG) ; Cristina Bernardo Leão Cavalcante, G. (IFSUDESTEMG) ; Clementino de Souza, M.K. (IFSUDESTEMG) ; Lopes Bonifácio, A. (IFSUDESTEMG) ; Louro Machado, M. (IFSUDESTEMG) ; de Freitas Fortes, T. (IFSUDESTEMG) ; Dias Rocha, W. (IFSUDESTEMG) ; de Oliveira Paula, I. (IFSUDESTEMG)
RESUMO
Um dos grandes desafios ambientais no mundo atualmente é a grande produção de lixo eletrônico. O Brasil é um dos maiores produtores de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos no mundo. No entanto, nossa gestão de lixo eletrônico ainda enfrenta grandes desafios, sejam econômicos ou tecnológicos. Atualmente, a possibilidade de mineração urbana permitindo a recuperação de metais de alto valor, tais como o ouro, a prata e o cobre têm impulsionado pesquisas e ações para reintroduzir essas matérias primas na cadeia produtiva. Nesse sentido, este trabalho apresenta a síntese e a caracterização de nanopartículas de ferrita de cobre obtidas por hidrometalurgia das placas de circuito impresso (PCIs) presentes no lixo eletrônico do IF SUDESTE MG - campus Juiz de Fora.
Palavras Chaves
Ferritas; Nanomateriais; Lixo eletrônico
Introdução
Um dos grandes desafios ambientais no mundo atualmente é a grande produção de lixo eletrônico. No Brasil a destinação correta deste tipo de rejeito está prevista na Política Nacional de Resíduos Sólidos (2010) e no Decreto Federal n.º10.240/2020, porém sua execução ainda deixa a desejar. Nos resíduos eletroeletrônicos (REEE) a principal fonte de metais de interesse está nas placas de circuito impresso (PCI) sendo parte fundamental da maioria dos equipamentos eletroeletrônicos. Atualmente a técnica hidrometalúrgica é a mais utilizada industrialmente e também na área de pesquisa e ensino para obtenção de metais de alto valor agregado. Dentre esses metais, o cobre é o metal de maior concentração nas PCIs. Estima-se que o seu teor seja cerca de 14%, que é muito superior ao teor encontrado nos minérios 0,5 a 2,0% (DAVENPORT et al., 2002), o que torna sua reciclagem ambientalmente sustentável a fim de garantir a preservação destas reservas minerais naturais do planeta. Outrossim, nos últimos anos, a incorporação de cobre em ferritas na produção de nanopartículas (NPs) de (CuFe₂O₄) atraem a atenção de muitos pesquisadores devido à sua potencial aplicação na purificação de água e em sistemas magnéticos de liberação controlada de medicamentos (MULUD et al., 2020). As (NPs) de (CuFe₂O₄) são materiais magnéticos e estáveis, o que permite que sejam facilmente recuperadas da água após tratada usando apenas um campo magnético externo. Além disso, não são tóxicas à saúde humana (MASSUNGA et al., 2019). Nesse sentido, este trabalho apresenta a síntese e a caracterização de (NPs) de (CuFe₂O₄), produzidas a partir da recuperação de PCIs que fazem parte do REEE do IFSUDESTEMG-JF.
Material e métodos
Na primeira etapa do trabalho envolveu a separação dos diferentes componentes das PCIs observando aqueles que contém metais valiosos e os que precisam de tratamento específico como baterias e capacitores e os materiais magnéticos (LI e ZENG, 2012). Em seguida foi realizado o processamento hidrometalúrgico, onde foi feita a lixiviação ácida com ácido clorídrico como agente lixiviante a 25 °C por 15 minutos de acordo com o procedimento proposto por CUNHA e MARTINS (2003). Posteriormente foi adicionado FeCl₃ (2,0 mol/L) formando a mistura (A). Em seguida foi realizada a produção de ferritas pelo método da coprecipitação (SALAVATI-NIASARI et al.,2012) na qual a cada 100 ml da mistura (A), sob agitação constante, foi adicionado gota a gota NaOH (1,5 mol/L) até o pH chegar a 12. Em seguida o precipitado foi filtrado e lavado duas vezes com água destilada seco em estufa a 120 °C por 24 h e calcinado a 900 °C por 4 h.] As nanopartículas obtidas foram caracterizadas por espectroscopia na região do infravermelho e por difração de raios X. As medidas FTIR foram realizados no espectrofotômetro Frontier FTIR (Perkin Elmer) na faixa do número de onda (400 – 3500 cm-1). As medidas XRD foram realizadas em um difratômetro panalytical modelo empyrean usando radiação Cu Kα (λ = 1,5406 Å), na faixa (2θ) = 4°- 90° em passos de 0.02º/s. Os dados de difração foram ratados com no software Match!.Para realização da ceramografia as imagens foram capturadas utilizando o analisador de imagens Olympus GX51. As amostras foram embutidas em resina e lixadas antes do teste metalográfico para obter uma superfície livre de irregularidades e imperfeições.
Resultado e discussão
No estudo de espectroscopia na região do infravermelho foi observada a presença
de uma banda em 586 cm-1 característica da ligação Fe-O em sítio
tetraédrico e em 418 cm-1 característica da ligação Metal-Oxigênio do
sítio octaédrico (sítio B). No estudo da difração de raios-X foram identificados
picos em 2θ de 18,3°, 29,9°, 30,5°, 34,7°, 35,8°, 37,1°, 41,8°, 43,7°, 55,4°,
57,8°, 62,1°, 63,6° e 74,6°, o que segundo a literatura (JCPDS n.º 34–0425)
correspondem aos planos (101), (112), (200), (103), (211), (202), (004), (220),
(105), (321), (224), (400) e (413) respectivamente e próximo ao esperado para
CuFe₂O₄. Também foi identificada uma fase de CuO em 2θ de 48,7°, 65,7º e 68,01º.
(Figura 1) O tamanho médio de grãos, de acordo com a equação de Scherrer, é de 24
nm. No estudo metalográfico podem ser observadas áreas de contorno de grão, com
poros intragranulares e intergranulares (Figura 2). A presença de CuO proporciona
aumento da porosidade devido ao aumento da espessura da camada da fase líquida
rica em CuO localizada entre os grãos, diminuindo a densidade aparente das
amostras.
Difratograma de raios-X e estudo de fases com o \r\nsoftware Match!
Imagem do microscópio em escala 100μm da Ferrita de \r\nCobre
Conclusões
Foi possível obter nanopartículas de CuFe₂O₄ a partir das PCIs presentes no lixo eletrônico do IFSUDESTEMG-campus Juiz de Fora. Além disso, as nanopartículas produzidas apresentaram propriedades estruturais similares com as descritas na literatura que foram obtidas a partir de reagentes analíticos. Ainda se encontram em andamento os estudos das propriedades elétricas e magnéticas destas ferritas, para investigação de sua potencialidade no uso como remediador ambiental.
Agradecimentos
IF SUDESTEMG - campus Juiz de Fora
Referências
BRASIL. Lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010. [Disponível em: https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/inspecao/produtos-vegetal/legislacao-1/biblioteca-de-normas-vinhos-e-bebidas/lei-no-12-305-de-2-de-agosto-de-2010.pdf/view].
BRASIL. Decreto n.º 10.240. Poder Executivo. Brasil. 2020. Disponível em:
<https://www.in.gov.br/en/web/dou/-/decreto-n-10.240-de-12-de-fevereiro-de-2020-
243058096>.
CUNHA, F.A. e MARTINS, A.H.Avaliação de alguns agentes lixiviantes para a remoção do cobre contido em um minério complexo de ouro.REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(3): 187-190, jul. set. 2003
DAVENPORT, W. G., KING, M., SCHLESINGER, M., BISWAS, A.K., Extractive
Metallurgy of Copper. 4 ed. Kidlington, Elsevier Science, 2002.
LI, J. E X. ZENG, 13 - Recyclingprinted circuit boards, in Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) handbook, V. Goodship and A. Stevels, Editors. Woodhead Publishing. p. 287-311,2012.
MULUD, F.H., DAHHAM, N.A., WAHEED, I.F.Synthesis and Characterization of Copper Ferrite Nanoparticles.Materials Science and Engineering 928,2020.
MASUNGA .; MMELESI, O.K.; KEFENI, K.K.; MAMBA, B.B.Recent advances in copper ferrite nanoparticles and nanocomposites synthesis, magnetic properties and application in water treatment: Review.Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019.
SALAVATI-NIASARI, M.; MAHMOUDI, T.; SABET, M.; HOSSEINPOUR-MASHKANI, S. M.; SOOFIVAND, F.,TAVAKOLI, F. Synthesis and Characterization of Copper Ferrite Nanocrystals via Coprecipitation. Journal of Cluster Science, 23(4), 1003–1010, 2012.
