Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Obtenção de nanopartículas magnéticas superhidrofóbicas aplicáveis em remoção de óleos em superfície aquosa.
AUTORES: Dutra, G.V.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Araújo, O.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)
RESUMO: O uso de nanopartículas funcionalizadas com moléculas de glicerol que foram
modificadas através de reação de esterificação é proposto, neste trabalho,
visando sua aplicação na remoção de óleos. As partículas de óxido de ferro
foram preparadas pelo método de coprecipitação. O precursor utilizado no
revestimento foi obtido a partir da funcionalização do glicerol com ácido
esteárico. O revestimento foi realizado através de dois modos distintos: (i)
adição do precursor à suspensão aquosa das partículas e (ii) adição do
precursor às partículas secas. As partículas apresentaram certa esfericidade
com tamanho médio de 11,17 nm, superhidrofobicidade e afinidade química pelo
óleo, sendo capazes de mover e remover a mancha de óleo sobre a superfície
aquosa aplicando um campo magnético externo.
PALAVRAS CHAVES: Óxido de ferro; Superhidrofobicidade; Remoção de óleos
INTRODUÇÃO: As nanopartículas de óxido de ferro representam uma classe de materiais que
possuem dimensões tipicamente menores que 100 nanômetros e desempenham um
papel importante no campo da nanociência e nanotecnologia, uma vez que são
extensivamente estudadas e aplicadas em vários campos de pesquisa. Entre
aquelas destacam-se a magnetita e a maguemita, pois apresentam alta
magnetização e superfícies que podem ser modificadas através da inserção de
materiais inorgânicos, orgânicos e/ou poliméricos[1–3]. Entre as aplicações
ressalta-se a utilização nas remoções de metais pesados[4], de corantes
orgânicos[5] e de óleos em superfície aquosa [6].
Apesar de existir diversos métodos de síntese e vários parâmetros de estudo
na síntese por coprecipitação, a oxidação espontânea que ocorre durante e
após o processo de síntese, convertendo magnetita para maguemita, juntamente
com a formação de aglomerados são obstáculos para diversas aplicações devido
à possibilidade de perda de propriedades dependentes do tamanho[7,8]. A fim
de retardar esse processo, é proposta a estabilização das partículas com
materiais que promovam o revestimento de suas superfícies introduzindo
funcionalidades desejadas ao material[9,10].
O enfoque deste trabalho visa à obtenção de novos materiais com potencial
aplicação na remoção de óleos. As nanopartículas revestidas com moléculas de
glicerol que foram modificadas através de reação de esterificação com ácido
esteárico apresentam alguns diferenciais: (i) o fato de agregar valor ao
glicerol que é produzido como subproduto na síntese do biodiesel; (ii) o
processo de revestimento ocorrerá em temperaturas brandas, sob refluxo,
usando solvente de baixa toxicidade; (iii) o revestimento tornará as
nanopartículas superhidrofóbicas e com capacidade de interação com óleos.
MATERIAL E MÉTODOS: A síntese para obtenção do percursor, 1,2-diidroxi-estereato de propila, foi
realizada através de reação de condensação, conforme descrito por[11]. Em um
reator de vidro tipo Kettle com capacidade de 1 L foram adicionados glicerol
e ácido esteárico em proporção molar de 1:1. Em seguida, foi adicionado
acetilacetonato de manganês (II), na proporção de 1,0% em relação à massa de
glicerol. Em uma das bocas do reator foi conectado um triângulo de Perkin, e
neste acoplado um balão de fundo redondo com o objetivo de coletar água. O
sistema reacional foi mantido a pressão reduzida e a temperatura variou de
180 a 200 °C.
As nanopartículas (NPs) foram obtidas pelo método de coprecipitação.
Preparou-se uma solução aquosa 0,01944 molL-1 de íons de Fe na proporção
molar de 1:2 de Fe2+:Fe3+. Os íons foram solubilizados em 1L de água
destilada previamente degaseificada. Após a solubilização adicionou-se
rapidamente 60 mL de NH4OH 2 molL-1. O precipitado foi lavado com água
destilada e decantado, com auxílio de um imã, até pH neutro, e, em seguida,
foram secos por liofilização.
O revestimento das NPs com o percursor foi realizado pelo método de uma
única etapa que consiste na adição da substância orgânica à suspensão das
partículas úmidas e pelo método de duas etapas que baseia-se na adição do
derivado do glicerol às nanopartículas secas. A proporção molar óxido de
ferro (considerando magnetita pura)/percursor foi de 1:1. Em um béquer foram
solubilizados sob aquecimento a respectiva quantidade de percursor em 100 mL
de isopropanol. Essa solução foi adicionada em um balão de fundo redondo que
continha as NPs. O sistema permaneceu em refluxo por 4 horas e o produto foi
magneticamente separado do sobrenadante e deixado em temperatura ambiente
para evaporação de traços de solventes.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados obtidos pelas técnicas de FTIR e RMN mostraram que a
modificação do glicerol com ácido esteárico ocorre por esterificação em uma
das hidroxilas primárias do álcool formando o 1,2-diidroxi-estereato de
propila. Os dados de TG evidenciou sua maior estabilidade térmica em relação
aos seus constituintes.
As caracterizações realizadas na amostra de óxido de ferro sugerem à
presença de estrutura cúbica de espinélio inverso, com parâmetros de rede e
estequiometrias próximas à magnetita, sendo descritas como magnetita
parcialmente oxidada. Este resultado corrobora com os dados de FTIR e da
análise de magnetometria de amostra vibrante.
Na ausência de qualquer revestimento as partículas apresentam ângulo de
contato igual a 0°. Por outro lado, o revestimento das superfícies pelo
método de uma e de duas etapas acarretam, respectivamente, a formação de
partículas hidrofóbicas (144°) e superhidrofóbicas (164°). Estes dados
corroboram com os resultados de TG, no qual as amostras com menores teores
de água adsorvida em suas superfícies apresentaram maiores ângulos de
contato.
A Figura 1 mostra as fotografias da remoção de óleo Bardahl em meio aquoso.
As partículas superhidrofóbicas são capazes de interagir quimicamente com a
gota de óleo dispersa na superfície aquosa. A utilização de um campo
magnético externo permite a remoção completa do óleo derramado sobre a água,
Figura 1(c), (d) e (e). Portanto, essas amostras são promissoras no processo
de arraste e na remoção de óleos em superfície aquosa, tendo potencial
aplicação na limpeza de óleos derramados em mananciais aquáticos.
Figura 1– Fotografias da remoção do óleo da superfície aquosa: (a) óle
A Figura mostra as etapas do processo de
arraste e remoção de óleo utilizando as
partículas superhidrofóbicas aplicando um campo
magnético externo.
CONCLUSÕES: As nanopartículas magnéticas superhidrofóbicas apresentaram afinidade química
pelo óleo e quando dispersas sobre a gota de óleo foram capazes de movê-la e
removê-la facilmente ao longo da superfície aquosa ao aplicar um campo
magnético externo. O revestimento além de oferecer novas peculiaridades ao
material constitui uma importante estratégia em termos de aplicabilidade.
Neste, a reutilização de recursos disponíveis, como o glicerol, e o alto
potencial de remoção de óleos lubrificantes torna-os de grande interesse, pois
poderá ajudar a reduzir o impacto ambiental em áreas degradadas.
AGRADECIMENTOS: À CAPES pela concessão de bolsa de pós-graduação e à UEG por possibilitar a
realização deste trabalho.
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