Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Síntese de nanofluidos magnéticos em meio orgânico e aquoso.
AUTORES: Fernandes, I.L. (IF GOIANO/UNB) ; Silva, V.A. (IF GOIANO/UNB) ; Santos, S.N. (IF GOIANO) ; Pereira, C.E.S. (IF GOIANO) ; Lago, W.F. (UNB) ; Cassiano, L.M. (UNB)
RESUMO: Nanopartículas (NP) são definidas como partículas cujo tamanho varia de 1 ηm
a 100 ηm, de forma que suas propriedades físicas e magnéticas estão
relacionadas ao seu tamanho. Atualmente possuem vasta aplicabilidade,
destacando-se aplicações em remediação ambiental e estudos em medicina. Os
objetivos foram preparar nanofluidos magnéticos de magnetita, Fe3O4, em meio
aquoso e orgânico por peptização a partir da síntese de nanopartículas
magnéticas por co-precipitação. Constatou-se a facilidade de obtenção de
nanopartículas magnéticas de magnetita por co-precipitação e facilidade de
obtenção dos nanofluidos magnéticos por peptização, inclusive com rota
simplificada, tempo reduzido e baixa necessidade de aparatos. Resultados
satisfatórios foram atingidos com pouca necessidade de adequação.
PALAVRAS CHAVES: Magnetita; Nanofluidos; co-precipitação
INTRODUÇÃO: Dentre as nanopartículas magnéticas, a que mais se destaca em termos de
estudos é a magnetita, um óxido de ferro de valência mista (FeO.Fe2O3) com
estrutura cúbica de espinélio inverso (WILEY, 2001). A co-precipitação é um
método relativamente fácil de sintetizar os óxidos de ferro, seja Fe3O4 ou
γ-Fe2O3. Consiste em adicionar uma base em uma mistura de sais contendo Fe2+
e Fe3+, sob uma atmosfera inerte, em temperatura ambiente ou com
aquecimento, e por fim adiciona-se o ligante/estabilizador (SCHÜTH et al.,
2007 & LIMA, 2012). O tamanho, forma e composição dos nanocompostos
sintetizados por essa rota, dependem muito dos tipos de sais de ferro
utilizado (cloretos, nitratos, sulfatos), a proporção de Fe2+ e Fe3+
utilizado, a temperatura da reação, o pH e a força iônica do meio (SCHÜTH et
al., 2007). Tsakalakos et al. (2012) citam que a formação magnetita pode ser
obtida a partir da oxidação controlada de Fe2+ em solução, de acordo com a
equação: 3 Fe2+ + O2 + 2 OH- Fe3O4 + 2 H+. Contudo a cinética de oxidação
é lenta e de difícil controle, para tanto a obtenção através das misturas
dos cátions Fe2+ e Fe3+ é mais recomendada. Nesse caso a equação iônica pode
ser representada pela equação: Fe2+ + 2 Fe3+ + 2 OH- Fe3O4 + H+. Os
ferrofluidos são uma forma de dispersar as nanopartículas magnéticas em uma
formulação coloidal. Eles foram inicialmente desenvolvidos pela NASA para
ser uma forma de se controlar fluídos no espaço. Atualmente possuem vasta
aplicabilidade, destacando-se aplicações em remediação ambiental e estudos
em medicina. Os objetivos foram preparar nanofluidos magnéticos de
magnetita, Fe3O4, em meio aquoso e orgânico por peptização a partir da
síntese de nanopartículas magnéticas por co-precipitação.
MATERIAL E MÉTODOS: SISTEMA I: Inicialmente separou-se 50 mL de solução de NH4OH 1 mol/L e
deixou-se em agitação branda. Em outro béquer misturou-se 2,0 mL de Fe2+
(FeSO4 1,0 mol/L) com 4,0 mL de Fe3+ (FeCl3 1,0 mol/L) e transferiu-se para
a solução de NH4OH gota a gota. O sistema permaneceu em agitação por 25 min.
As partículas de magnetita formadas foram magneticamente separadas e lavadas
3x com H2O sob agitação magnética. Transferiu-se as partículas para um
kitassato e adicionou-se 8,0 mL de hidróxido de tetrametilamônio (TMAH),
esse sistema foi submetido a pressão reduzida sob agitação por 30 minutos.
Em sequência adicionou-se 50 mL acetona. Descartou-se as fases líquidas
obtidas. Adicionou-se acetona até cobrir a amostra e levou-se à evaporação
do solvente em pressão reduzida, repetiu-se a etapa anterior 1x. Por fim
adicionou-se água para obter o nanofluido magnético. SISTEMA II: Iniciou-se
da mesma forma ao Sistema I, no entanto transferiu-se a solução de Fe2+ e
Fe2+ de forma rápida para a solução de NH4OH, ao invés de ser gota a gota.
As partículas de magnetita formadas foram magneticamente separadas e lavadas
3x com H2O sob agitação magnética. Em seguida, foi adicionado uma porção de
H2O e mediu-se o pH com auxílio de fitas de pH, ajustou-se HCl 0,1 mol/L
para 3 – 4. Em sequência, adicionou-se ácido oleico em excesso, levou-se
para agitação por 5 min e reservou-se. Em paralelo, coletou-se uma amostra
do reservado, transferiu-se para um tubo falcon e adicionou-se igual porção
de hexano. Após observação adicionou-se ácido oleico e agitou-se em Vórtex
por 2 min. Em sequência adiciona-se etanol em excesso ao reservado, agitou-
se e descartou-se o sobrenadante, repetiu-se o procedimento e deixou-se
evaporar o álcool em capela. Por fim, adicionou-se hexano até cobrir as
partículas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As etapas intermediárias da formação da magnetita foram observadas na adição
gota a gota da solução de Fe2+ e Fe3+ (sistema I) com a percepção da
coloração verde enferrujado (Figura 1a). Com o aumento da concentração de
ferro observou-se o surgimento de coloração preta, característica da
magnetita. Ressalta-se que no sistema II a coloração verde enferrujado foi
observada num curtíssimo espaço de tempo, quase que imperceptível, devido a
solução ser adicionada de modo rápido e com agitação intensa (Figura 1b).
Destaca-se que os processos de lavagem diminuem a força iônica do meio, no
entanto diminui o pH. Em relação ao sistema I, a adição de TMAH tem a função
de adicionar um contra íon a partículas magnéticas. Esse foi escolhido por
ser um íon mais volumosos e que atual como uma agente de complexação mais
eficiente, ideal para estabilizar o coloide. Alguns autores citam que íons
pequenos e monovalentes não são recomendados, pois não conferem adequada
estabilidade para as partículas. O nanofluído em meio aquoso (sistema I) foi
obtido com sucesso. Figura 2.
O sistema II, o qual tinha por objetivo produzir nanofluidos em meio
orgânico, necessita de um ligante que interaja com a fase orgânica e com as
nanopartículas. É preferível que os ligantes sejam bases de Lewis, visto
que esses interagem com o ferro, o qual tem orbitais vazios. Lopez et al.
(2010) citam que o ácido oleico é normalmente usado como agente tensoativo,
o qual forma um reservatório de impermeabilização em torno das
nanopartículas de magnetita. Os autores ainda citam que o tratamento da
magnetita por ácido oleico é muito importante porque o tamanho e as
propriedades físicas de nanopartículas dependem de parâmetros de preparação:
temperatura da reação, pH da suspensão, concentração molar inicial e outros.
Figura 1
Adição de solução Fe2+ e Fe3+ ao Sistema I (a) e
ao Sistema II (b).
Figura 2
Nanofluidos em meio aquoso sendo atraídos para as
paredes de um tubo falcon com a aproximação de um
imã.
CONCLUSÕES: Os dois sistemas, I e II, podem gerar partículas nanométricas de magnetita,
onde no sistema I com adição em gotejamento pode atingir resultados da ordem
12 nm, enquanto o II da ordem de 20 nm. Os fatores de controle influenciam
diretamente os tamanhos.
Constatou-se a facilidade de obtenção de nanopartículas magnéticas de
magnetita por co-precipitação e facilidade de obtenção dos nanofluidos
magnéticos por peptização, inclusive com rota simplificada, tempo reduzido e
baixa necessidade de aparatos. Resultados satisfatórios foram atingidos com
pouca necessidade de adequação.
AGRADECIMENTOS: Pelo apoio financeiro e suporte ao CNPq, à CAPES, à UnB e ao IF Goiano.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LIMA, F. A. P. (2012). Síntese e caracterização de nanoestruturas magnéticas como agente de contraste em imagens biomédicas.
Lopez, J. A., González, F., Bonilla, F. A., Zambrano, G., & Gómez, M. E. (2010). Synthesis and characterization of Fe 3 O 4 magnetic nanofluid. Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 60-66.
Tsakalakos, T., Ovid'ko, I. A., & Vasudevan, A. K. (Eds.). (2012). Nanostructures: Synthesis, Functional Properties and Application (Vol. 128). Springer Science & Business Media.
Schüth, F., Lu, A. H. & Salabas, E. E. (2007). Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie International Edition, 46(8), 1222-1244