Estudo da capacidade de adsorção dos metais potencialmente tóxicos por material magnético nanoestruturado.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ambiental

Autores

Sartoratto, P.P.C. (UFG) ; Arruda, A.F. (UFG) ; Caiado, K.L. (UFG) ; Silva, B.G.C. (UFG) ; Baldori, J.L. (UFG) ; Abreu, J.P.S. (UFG) ; Silva, A.C.R. (UFG) ; Gonçalves, K.O. (UFG)

Resumo

A extração em fase sólida é uma alternativa estudada para a remoção de metais potencialmente tóxicos em amostras ambientais aquosas. Logo, este trabalho teve como objetivo estudar a capacidade de adsorção do íon Cu2+ através de materiais magnéticos nanoestruturados. Os resultados mostram que pequenas quantidades (300 μg) de compósitos de maghemita/sílica são eficientes na adsorção de íons cobre (II) em água. As percentagens de extração de cobre em solução em pH natural (77 %) ou ajustado (87 %) foram altas mesmo em quantidades acima das concentrações encontradas normalmente em contaminações ambientais.

Palavras chaves

Adsorção ; Metais tóxicos ; Material Nanoestruturado

Introdução

A nanotecnologia é um campo da ciência que estuda sistemas com dimensões nanométricas. Materiais magnéticos nanoestruturados, na forma de nanopartículas, têm sido empregados com sucesso na determinação e detecção de diversos tipos de contaminantes, como metais tóxicos em amostras de água (SAFARIK et al., 2012). Contaminações de metais potencialmente tóxicos representam uma ameaça significativa para o ecossistema, à fauna e à flora. Mesmo que em baixas concentrações podem causar vários efeitos toxicológicos. (FORSTNER et.al., 1983 e WARWICK et.al., 2000). Metais tóxicos podem facilmente entrar na cadeia alimentar, e a exposição à longo prazo em um ambiente contaminado pode causar efeitos tóxicos progressivo, devido à acumulação gradual nos organismos vivos ao longo do seu ciclo de vida (ANTOCHSHUK et.al., 2000). Logo, o desenvolvimento de métodos confiáveis para a remoção e detecção de metais tóxicos no meio ambiente e em amostras ambientais tem importância significativa. A direta determinação de quantidades traços destas espécies em amostras complicadas, geralmente, é difícil, devido à interferência da matriz e/ou insuficiente poder de detecção. Para ultrapassar estes problemas, separação e pré-concentração dos analitos se tornam necessários, principalmente quando estes existem em nível de traços de concentração (ATANASSOVA et. al., 1998). Portanto, através da síntese de nanopartículas de magnetita/maghemita e obtenção dos compósitos maghemita/sílica amino-funcionalizadas, o presente trabalho teve como objetivo a otimização das condições experimentais para eficiente pré-concentração e recuperação de metais em água, bem como a proposição de um método simples e acessível de determinação de metais tóxicos em água através destes materiais magnéticos nanoestruturados.

Material e métodos

O processo de extração foi realizado pela mistura de μg de nanoesferas de maghemita/sílica amino-funcionalizadas e μL de solução de cobre em água e o pH ajustado. A mistura foi colocada em um banho de ultrasom por 10 minutos para facilitar a adsorção dos íons de cobre às nanoesferas. Após o processo de adsorção colocou-se a solução sobre um campo magnético para que aconteça a separação magnética. Em seguida, o campo magnético foi retirado e o sobrenadante separado com o auxílio de uma pipeta. A suspensão contendo as nanoesferas magnéticas, adicionou-se eluente, esta solução foi colocada em um banho de ultrassom por 5 minutos. Finalmente, a solução foi colocada, novamente, sobre o campo magnético, para a separação das nanoesferas magnéticas, o eluato foi separado com o auxilio de uma pipeta e uma solução foi preparada para um volume final de 10mL. A adsorção/dessorção dos metais nos materiais obtidos foi avaliada em diferentes condições experimentais. Parâmetros experimentais, pH e quantidade de material magnético. A quantificação dos metais por Espectroscopia de Absorção atômica por chama (FAAS) utilizando curvas padrões permitiu determinar a capacidade do processo de extração dos metais pelo material sintetizado. O experimento de extração foi feito utilizando soluções aquosas contendo Cobre, assim o cobre livre pode ser facilmente adsorvido na superfície das nanoesferas contendo o grupo NH2, por esta ser uma espécie rica em elétrons podendo capturar o cátion do metal. E, além disso, a característica magnética dos grãos traz a ferramenta de pré-concentração do metal, que muitas vezes estão presentes nas amostras ambientais em nível de traços, em concentrações longe dos limites de detecção das técnicas de análise.

Resultado e discussão

Os estudos de adsorção foram realizados com o material magnético nanoestruturado funcionalizado com grupos amina. A expectativa de utilizar esse nanomaterial é que grupos químicos específicos possam extrair de maneira específica e rápida os metais. Ou seja, traz a possibilidade de uma extração seletiva em amostras ambientais que, muitas vezes podem possuir grande complexidade.Um estudo preliminar permitiu avaliar a possibilidade de adsorção do metal em solução pelo nanomaterial amino funcionalizado. Soluções aquosa contendo quantidades diferentes de cobre foram colocadas em contato com algumas μg dos grãos magnéticos em pH 7,5 e deixadas sob agitação por alguns minutos. Após esse período foi feita a separação magnética, eluição do metal adsorvido aos grãos e o metal presente tanto no sobrenadante, como no eluato foi quantificado. A tabela 1 apresenta os resultados obtidos, observou-se que os nanomateriais funcionalizados com grupos amina em duas quantidades diferentes adsorveram de maneira eficiente cobre em solução em quantidades acima das concentrações encontradas normalmente em contaminações ambientais.Com o objetivo de otimizar as condições experimentais para maior eficiência na extração do metal, o PH da solução de extração foi variado dentro de uma faixa que permitia que o grupo amina estivesse desprotonado e o metal cobre em solução não precipitasse na forma de hidróxido. Extrações de soluções aquosas contendo 2 mg de cobre com 300 μg dos grãos magnéticos foram realizadas em 4 pHs diferentes. Os resultados apresentados na tabela 2, mostram que em pH acima 7,0 a eficiência da extração é maior. Assim, foi selecionado pH de trabalho no valor 7,5, pois oferece alta eficiência e ainda fica distante de um pH básico, que favoreceria a precipitação do metal.

Tabela 1 Percentagem de extração do íon Cobre II e tabela 2 Estudo do efeito do pH.

Conclusões

A partir dos dados obtidos podemos observar que o uso das nanoesferas de maghemita/sílica amino-funcionalizadas sintetizadas permitiu extrair e pré concentrar os íons cobre em água com altos percentuais. A capacidade de extração obtida permite determinar íons cobre acima da faixa de concentração máxima permitida em amostras ambientais de água, que é de 0,02 mg/L Cu (CONAMA). A coordenação dos grupos amino com íons cobre permitiu que a tecnologia da separação magnética oferecesse alta eficiência e um método rápido e econômico de avaliação de possível contaminação ambiental por cobre.

Agradecimentos

Universidade Federal de Goiás (UFG) e ao Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq).

Referências

ATANASSOVA, D.; STEFANOVA, V.; RUSSEVA, E. Co-precipitative pre-concentration with sodium diethyldithiocarbamate and ICP-AES determination of Se, Cu, Pb, Zn, Fe, Co, Ni, Mn, Cr and Cd in water. Talanta, v.47, p.1237–1243, 1998.

CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n° 357/05. Estabelece a classificação das águas doces, salobras e salinas do Território Nacional. Brasília, SEMA, 2005.

FORSTNER, U.; WILLIAM G.T.W. Metal Pollution in the Aquatic Environment. Springer-Verlag, Berlin, 1983.

SAFARIK, I.; HORSKA, K.; POSPISKOVA, K.; SAFARIKOVA, M. Magnetic techiniques for the detection and determination of xenobiotics and cells in water. Analytical and Bionalytical Chemistry, v. 404, p. 1257-1273, 2012.

V. ANTOCHSHUK, M. JARONIEC, 1-Allyl-3-propylthiourea modified mesoporous silica for mercury removal, Chem. Commun. (2002) 258–259.

WARWICK P.E.; CROUDACE I.W.; HOWARD A.G. Solid-phase extraction of technetium--amine complexes onto C18 silica and its application to the isolation of 99Tc. Analitycal. Chemistry, v.72, p.3960–3963, 2010.