ÁREA
Química Ambiental
Autores
Cavalcanti, V.O.M. (UFPE) ; Sampaio, G.H.C. (UFPE) ; Santana, I.L.S. (UFPE) ; Silva, M.G. (UFPE) ; Silva, F.S. (UFPE) ; Neves, N.S.C.S. (UFPE) ; Sobrinho, M.A.M. (UFPE) ; Napoleão, D.C. (UFPE)
RESUMO
A síntese de um catalisador misto composto por pirita e óxido de zinco foi realizado através do método hidrotérmico, sendo suas características evidenciadas através das análises de caracterização do material, que revelaram propriedades da pirita e do óxido de zinco. Foi visto através dos difratogramas de raios-X e dos espectros de infravermelho que o catalisador apresentou picos e bandas característicos dos materiais supracitados. A utilização da técnica de MEV ratificou os resultados obtido nas técnicas anteriores ao constatar que a morfologia obtida foi semelhante aos materiais individuais. Através da técnica de EDS foi identificada a presença de zinco, oxigênio, enxofre e ferro. Os resultados mostraram que a metodologia utilizada para sintetizar o catalisador misto foi eficiente.
Palavras Chaves
Poluentes persistentes; Oxidação; Técnicas analíticas
Introdução
As estações de tratamento de efluentes convencionais, que empregam processos físicos, químicos e biológicos, não são projetadas para tratamentos de compostos recalcitrantes (MINALE et al. 2020; ARAÚJO et al. 2021). Desse modo, surge a necessidade de tratamentos mais eficientes para eliminar poluentes orgânicos persistentes (POP), tendo em vista que estes podem persistir no meio ambiente por tempo indeterminado (SAMAL; MAHAPATRA; ALI, 2022). Sendo assim, alternativas vêm sendo estudadas e aplicadas como é o caso do emprego de osmose reversa, adsorção, processos oxidativos avançados (POA) e filtração com membranas (DIAS et al. 2019; CRUZ; MIERZWA, 2020). Neste sentido, dentre as alternativas citadas, os POA despertam atenção especial devido à capacidade de oxidação, alta taxa de reação e eficiência. Estes processos ocorrem através de reações químicas intermediadas por um forte agente oxidante, capaz de gerar radicais hidroxila responsáveis pela oxidação dos compostos orgânicos (SILVA et al. 2021). Dentre os mais diferentes tipos, os baseados nas reações de Fenton são bastante utilizados. Nestas reações, em meio ácido, íons de ferro são responsáveis pela aceleração e intensificação da decomposição do agente oxidante em radicais hidroxilas (GHERNAOUT et al. 2020). Ressalta-se que os catalisadores a base de ferro podem ser classificados como homogêneos ou heterogêneos. A aplicação de materiais a base de ferro insolúveis como catalisadores, que caracterizam as reações heterogêneas, tem sido uma prática frequentemente utilizada nos POA. O propósito destes materiais é aprimorar a eficiência da reação, funcionando em ampla faixa de pH, diminuindo a formação de ferro na forma de hidróxidos e simplificando a separação e recuperação do catalisador (SCARIA; GOPINATH; NIDHEESH, 2021). Neste cenário, a utilização de pirita, é uma opção viável que vem sendo estudada (LAI et al. 2021). Este sulfeto metálico pode ser encontrado em maior abundância na superfície terrestre (SUN et al. 2019; HE et al. 2021). Além deste material, destaca-se o óxido de zinco (ZnO), um semicondutor de baixo custo e com caráter atóxico (SOUSA et al. 2022). Devido as suas propriedades e aplicações, o emprego do óxido de zinco e da pirita pode ser feito de forma conjunta, melhorando ainda mais os resultados no que diz respeito a eficiência dos POA (AZAR et al. 2021). Desta forma, o presente trabalho verificou a eficiência de uma metodologia para síntese do catalisador misto composto de FeS2 e ZnO, utilizado para POA, através de diferentes técnicas através das técnicas analíticas: difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT- IR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) com detector de espectroscopia por energia dispersiva (EDS).
Material e métodos
2.1 SÍNTESE DO CATALISADOR MISTO O processo de síntese para obter o catalisador misto composto por pirita (FeS2) e óxido de zinco (ZnO) (PZnO1) foi realizado com base em uma adaptação da metodologia descrita por Yu et al. (2020). Inicialmente, preparou-se uma suspensão contendo sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4∙7H2O) e tiossulfato de sódio pentahidratado (Na2S2O3∙5H2O), ambos com concentração de 0,066 mol∙L-1. Esta suspensão foi submetida a agitação por 30 min. Em seguida, transferiu-se a mistura para uma autoclave de aço inoxidável revestida com teflon, adicionando 1 g de ZnO em 60 mL da solução e então, levou-se a mistura a estufa. Esta foi mantida a uma temperatura de 200 ± 5°C por 24 h. Após este período, o sistema foi deixado em repouso para resfriamento natural à uma temperatura de 28 ± 3°C. Os sólidos formados foram filtrados, lavados com água destilada, secos em estufa (80 ± 1°C) por aproximadamente 2 h e finalmente, para obtenção do material esperado, foram macerados com ajuda de almofariz e pistilo. 2.2 CARACTERIZAÇÃO DO CATALISADOR O catalisador PZnO1 utilizado neste estudo foi submetido a uma caracterização detalhada seguindo a metodologia descrita por Cavalcanti et al. (2022). Diferentes técnicas foram empregadas para obter informações sobre o material. A análise das fases cristalinas foi conduzida utilizando um difratômetro de raios X (BRUKER D2-PHASER), com radiação Cu kα, operando em comprimento de onda de 0,15406 nm, com passo angular de 0.5°. A faixa angular foi entre 10 e 80° (2 θ), e a velocidade de varredura de 1,2°∙min-1. Pastilhas contendo o catalisador foram preparadas em um porta amostra para este ensaio. A espectroscopia FT-IR foi realizada em um espectrômetro Bruker Vertex 70. Foram preparadas pastilhas de KBr contendo o catalisador e o reagente na proporção de 1:20. O intervalo de medição na faixa do infravermelho médio variou de 4000 a 500 cm-1, com os dados coletados com resolução de 4 cm-1 em 64 varreduras. Para a avaliação da morfologia da superfície, o catalisador foi analisado em um microscópio eletrônico de varredura, modelo TESCAN VEGA 3, com emissão atônica de tungstênio. Antes da análise, as amostras foram metalizadas com uma fina camada de outro e depositadas em um suporte com fita dupla face de carbono. A tensão de aceleração foi de 30 kV, com distância de trabalho de 12 a 15 mm. Além disso, a composição elementar do catalisador foi determinada por meio da análise semiquantitativa de energia dispersiva (EDS) em um espectrômetro de raio X Oxford Instruments. Esta análise foi realizada com auxílio de um spot 5.5, com distância de trabalho de 11.3 mm e tensão de aceleração entre 20 e 30 kV.
Resultado e discussão
Através da metodologia de síntese utilizada, as partículas do catalizador PZnO1
foram obtidas na forma de pó. A caracterização deste material iniciou-se com as
técnicas de DRX e FT-IR conforme Figura 1.
No espectro do PZnO1, na Figura 1 A), é possível observar vários picos que podem
ser associados a presença da pirita e ZnO no material. Os picos 28,59°; 40,83° e
49,43° são característicos da fase cúbica da pirita corroborando com os
encontrados por Azar et al. (2021). Segundo os autores, os dados obtidos
através do difratograma estão de acordo com os padrões da pirita, cujos valores
foram publicados e distribuídos pelo Joint Committee on Powder Diffraction
Standards (JCPDS), padrão 45-0397. Além destes, os picos em 33,12°, 47,55°,
62,41° foram relacionados a presença do ZnO, indicando a formação de uma
estrutura cristalina hexagonal da wurtzita (GIASARI et al. 2023; PRATOMO
et al. 2023).
Os grupos funcionais presentes na constituição do material podem ser
verificados na Figura 1 B). Através do espectro de absorção PZnO1, verifica-se a
presença de bandas na faixa de 1080 e 1630 cm-1, atribuídas ao modo
vibracional da ligação Fe-S e C=O, respectivamente. Estas são bandas
características de dissulfeto de ferro como exposto por Chandrawat et al.
(2020). Segundo Shaghaghi et al. (2023), a banda na região de 536
cm-1, corresponde às vibrações de estiramento do ZnO. Estes autores
associaram a banda na região de 3237 cm-1 à vibração de estiramento
dos compostos hidroxílicos.
Desta forma, corroborando com os resultados encontrados na análise de DRX e FT-
IR, constata-se a eficiência da metodologia de síntese aplicada. Este fato
também pode ser melhor visualizado pelas imagens da análise de MEV, cujas
micrografias estão apresentadas na Figura 2.
Em relação a estrutura do PZnO1 (Figura 2), nota-se que o catalisador
sintetizado apresentou semelhança com o ZnO que também possui aparência de
floco, e a pirita que apresentou tamanhos e distribuições irregulares. Estas
características são consistentes com os resultados encontrado na literatura.
Shaghaghi et al. (2023), ao examinarem o ZnO comercial, também
identificaram perfis semelhantes aos supracitados. Em estudos realizados por
Wang et al. (2020) e Moradi et al. (2022), que investigaram
partículas de pirita, também observaram que o material apresentou distribuição
não uniforme e desproporcional.
A composição química do PZnO1 foi verificada pela técnica de espectroscopia de
energia dispersiva (EDS). Validando os resultados apresentados pelas análises
anteriores, foi possível verificar a presença dos seguintes elementos
majoritários: Zn (39,3%), O (13,9%), S (18,7%) e Fe (15,6%).
A) Difratograma de raios X e B) Espectro de FT-IR do \r\ncatalisador misto PZnO1
Imagens microscópicas de MEV PZnO1, pirita e ZnO, \r\ncom ampliação 10000x e escala de 5 µm
Conclusões
Com a realização deste estudo constatou-se que a metodologia adotada foi eficiente na síntese do catalisador misto composto por pirita e óxido de zinco, tendo em vista que as caracterizações do material condizem com os compostos individuais utilizados. Pela técnica de DRX, observou-se os picos 28,59°; 40,83° e 49,43°, confirmando a presença da pirita no material. Além destes, os 33,12°, 47,55°, 62,41° também foram identificados, estes foram associados a presença do ZnO. Através da técnica de FT-IR, no catalisador misto, foi possível verificar grupos funcionais também destes materiais individuais. A utilização da técnica de MEV ratificou os resultados obtido nas técnicas anteriores. E com técnica de EDS foi visto que o componente majoritário foi o zinco. Desta forma, os resultados mostraram que a metodologia utilizada para sintetizar o catalisador misto foi eficiente.
Agradecimentos
Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de PE (FACEPE) pela concessão de bolsa, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnologia de PE (CNPq), FACEPE APQ 0947-3.06/22, FADE/UFPE.
Referências
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