SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO CARVÃO ATIVADO MODIFICADO COM NANOPARTÍCULAS DE FERRO ZERO VALENTE

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ambiental

Autores

Oliveira, F.G. (UFVJM) ; Teles, J.J.S. (UFVJM) ; Verly, R.M. (UFVJM) ; da Silva, L.M. (UFVJM) ; Franco, D.V. (UFVJM)

Resumo

Estudou-se a produção e caracterização de ferro zero valente (FZV) suportados em carvão ativado (CA) preparado por redução de diferentes concentrações de sais de ferro disperso. Cada composto FZV/CA foi caracterizado pelas análises Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectrometria de Energia Dispersiva (EDS). Os resultados permitem inferir que o carboximetilcelulose (CMC) foi um melhor dispersante e a fixação do FZV foi proporcional ao valor nominal das soluções.

Palavras chaves

Síntese; Ferro Zero Valente; Carvão Ativado

Introdução

Nos últimos anos, a contaminação das águas tem se tornando alvo de preocupação, pois uma grande variedade de poluentes é lançada todos os dias nos corpos aquáticos, e os métodos convencionais de tratamento como coagulação/floculação, precipitação e degradação biológica, parecem ser insuficientes para remoção destes poluentes, pois muitos compostos são recalcitrantes, não sendo biologicamente degradados, especialmente no caso de fármacos [BELTRAN, et al., 2009]. Assim diferentes alternativas têm sido utilizadas, como a adição do carvão ativado, o qual tem sido extensivamente estudado para aplicação na descontaminação de águas. O carvão ativado (CA) é bastante viável como material de apoio, devido sua estabilidade, alta capacidade de absorção e baixo custo. Possui a capacidade de espalhar a fase ativa ao longo dos poros gerando uma grande superfície ativa por grama (acima de 3000 m2. g-1). No entanto, esse processo atinge apenas a transferência de fase, ou seja, os contaminantes não são eliminados [TSENG; SU; LIANG, 2011] e atualmente observa-se uma tendência no uso do carvão ativado combinado com processos oxidativos como catalisador para aumentar a geração dos radicais hidroxila. Portanto, o objetivo deste trabalho é mostrar a síntese do ferro zero valente (FZV) suportado em carvão ativado (CA), a qual será aplicada futuramente para remedição ambiental combinado com ozônio e,ou peróxido de hidrogênio. A caracterização da síntese FZV/CA foi investigada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada ao espectrômetro de energia dispersiva (EDS).

Material e métodos

Para síntese do composto FZV/CA, foi utilizado carvão ativo granulado comercial Dinâmica (CAS -7440-440), tratado com HCl 5% aquecido 120 °C durante 30 minutos, para remoção de impurezas, e posteriormente seco por 12 h a 120 °C. O Carvão ativado (CA) foi modificado a partir da redução prévia do sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O) em concentrações de 20, 25, e 30%. Foi adicionado o agente dispersante Carboximetilcelulose (CMC) 0,25% m/v e em seguida o íon ferroso foi reduzido gotejando-se uma solução de borohidreto de sódio (NaBH4), sob agitação utilizando uma mesa agitadora. Após a completa adição do agente redutor, foi então acrescentado 10g de carvão ativado (CA), ainda sob agitação com velocidade de 250 rpm durante 30 minutos. Após este processo, o pH foi ajustado de 3 a 5, e a mistura foi então filtrada e lavada com água destilada e etanol, seca durante 20 minutos a 40 °C. A determinação de FZV sobre o CA foi avaliada por meio da caracterização morfológica do composto, utilizando um microscópio eletrônico de varredura da HITACHI modelo TM – 3000 com analisador EDX da OXFORD modelo SWIFT ED.

Resultado e discussão

Conforme pode ser verificado na Figura 1 (a) a micrografia do CA sem tratamento, em (b) CA tratado com HCl, houve um aumento de poros sem FZV. Em (c) foi testado outro agente dispersante, o PEG 4000 (polietileno glicol), onde é possível observar que houve distribuição das nanopartículas FZV sobre a superfície do carvão, porém este é termodinamicamente instável, provocando repulsão eletrostática e impedimento estérico, reduzindo o tamanho e agregação das nanopartículas de FZV. Em (d), (e) e (f) foi utilizado CMC como dispersante, este, por apresentar grupos hidroxilas que se ligam mais facilmente a cátions metálicos, sendo este efeito mais pronunciado no FZV/CA 30%. De acordo com as micrografias abaixo, as nanopartículas de FZV aderiram mais fortemente dentro dos poros do que na superfície plana do carvão, e consistem de uma estrutura no formato esférico. O ferro suportado em carvão cria regiões de redução de compostos no CA.

Figura 1: MEV de diferentes amostras de carvão ativado modificado com FZV:(a) somente CA, (b) tratado com HCl, (c) PEG/FZV/CA; (d)20%; (e)25%; (f)30%


Tabela 1: EDS mostra o teor de FZV (%) para as diferentes sínteses.

Conclusões

A síntese de FZV suportado em carvão ativado mostrou-se efetiva. Pode-se verificar que o CMC foi um bom dispersante. O teor de ferro impregnado sobre o carvão foi proporcional a massa utilizada na síntese. O composto FZV/CA apresentou resultados promissores, pois potencializa as propriedades do carvão ativo para remediação ambiental.

Agradecimentos

Ao GEQAm, UFVJM, CAPES.

Referências

1. BELTRAN, F. J., et al., Diclofenac removal from water with ozone and activated carbon. Journal of Hazardous Materials. 163 (2009) 768 – 776.

2. TSENG, H., SU, J., LIANG, C., Synthesis of granular activated carbon/zero valent iron composites for simultaneous adsorption/dechlorination of trichloroethylene. Journal of Hazardous Materials. 192 (2011) 500 – 506.