Síntese bioinspirada de AgNPs para construção e caracterização de um nanocatalisador magnético Fe3O4@ZnO-Ag com aplicação na fotodegradação do corante Rodamina B.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Ferreira, L.F. (UFMT) ; Jacinto, M.J. (UFMT) ; Prescilio, I.C. (UFMT) ; Razini, S.S. (UFMT)

Resumo

O trabalho relata a síntese, a caracterização e os resultados obtidos a partir de testes de degradação fotocatalítica do corante rodamina B (RhB) através do uso de nanocatalisador do tipo Fe3O4/ZnO-Ag. As AgNPs foram obtidas a partir da redução do AgNO3 pelo uso de infusões das cascas da raiz de Simaba trichilioides substituindo o uso de redutores e estabilizantes comerciais. O catalisador foi empregado na fotodegradação de soluções aquosas de RhB e apresentou atividade catalítica bastante satisfatória. O material foi caracterizado por técnicas como microscopia eletrônica de transmissão (TEM e HRTEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) espectroscopia de raios-x por dispersão em energia (EDS).

Palavras chaves

sintese verde; fotocatalise; recuperação magnética

Introdução

No Brasil, o setor têxtil se destaca devido ao seu grande parque industrial instalado e seu grande potencial de geração de efluentes, já que, estima-se que cerca de 15% da carga de corantes seja perdido durante a etapa de tingimento (KUNZ et al, 2002). Atualmente, o potencial da nanotecnologia como solução para o tratamento dessa grande quantidade de resíduos é bastante conhecida e aplicada. A busca por protocolos sintéticos econômicos é considerado extremamente importante, pois combina os benefícios dos nanomateriais com os princípios da química verde para a redução de resíduos, toxicidade e a economia de átomos (JACINTO et al, 2019). O uso de produtos naturais é uma das potenciais abordagens para a síntese verde de materiais em escala nanométrica. As biomoléculas isoladas, ou as próprias reações bioquímicas realizadas por plantas, bactérias, fungos, algas e leveduras, podem auxiliar a redução e estabilização, características indispensáveis durante a confecção dessas partículas nanoestruturadas, o que elimina o uso de agentes tóxicos comumente empregados na síntese de nanomateriais (VARMA, 2014). A família Simaroubaceae possui cerca de 170 especies destribuidas nas regiões pantropicais. Essas espécies são conhecidas devido a presença de metabólitos como alcaloides e polifenóis com potencial farmacológico (Barbosa et al, 2011). Essas biomoléculas possuem grande potencial redutor e estabilizante, que podem atuar na síntese de nanopartículas. Este trabalho dispõe da síntese e caracterização de um catalisador do tipo core@shell com nanopartículas de prata obtidas a partir do uso de um extrato aquoso das raízes de Simaba trichilioides para a aplicação na fotodegradação do corante Rodamina B.

Material e métodos

As nanopartículas de Fe3O4 serão obtidas pela adaptação do método de termodecomposição do oleato de ferro (III) relatado por Park et al, 2002 e precipitadas através da adição de uma parte de volume equivalente de etanol e duas partes de acetato de etila. Em seguida, serão dispersas em 16 mL de cicloexano. À solução é adicionada 20 mL de uma solução aquosa CTAB 137 mmol. L-1 e agitada mecanicamente por 1 hora. A emulsão será submetida a aquecimento com agitação magnética a 100 ºC por 30 minutos. Adiciona-se 50 mL de uma solução de Zn(CH3COO)2 (27,25 mmol.L-1) e 200 mL de uma solução de ureia (0,666 mol.L-1). Essa mistura é aquecida sob refluxo com agitação magnética, por 8 horas a 85 ºC. O material deve ser centrifugado, lavado com água, e seco em estufa. No preparo da infusão, 2 gramas da raiz de S. trichilioides previamente secas e trituradas, serão adicionadas a um béquer juntamente com 40 mL de água. A mistura será sonicada por cerca de 3 minutos e aquecida a 70 oC por duas horas e filtrada. Adiciona-se 17,50 mg de AgNO3 (3% nominal de Ag) e 100 mg do semicondutor Fe3O4@mZnO. Essa mistura deverá permanecer em agitação por uma hora e em seguida, aquecida sob refluxo a 70 oC por mais 3 horas. O material será calcinado a 300 ºC por 3 horas, seguida de uma nova calcinação a 350 ºC por uma hora. No teste de fotodegradação, o meio contendo corante e catalisador serão irradiados com luz visível fornecida por uma lâmpada de vapor de Hg de alta pressão (400 W) por 6 horas. Decorrido o tempo reacional, o catalisador será removido magneticamente e o meio líquido sem catalisador será submetido à análise de espectroscopia (UV-VIS). A elucidação morfológica e composição dos fotocatalisadores serão realizadas por técnicas como XPS, MET, VSM, BET e EDS.

Resultado e discussão

Os dados de microscopia das soluções dispersas de Ag obtidas pelo uso da infusão de S. trichilioides (Fig. 1a) indicam que as partículas apresentaram distribuição de tamanho entre 10 e 62 nm (média 32,6 nm). A distribuição de frequência indica que a maior parte das partículas se encontram com tamanho de 20 a 39 nm (Fig 1b.). Esses valores são comparáveis com os observados na literatura para partículas obtidas a partir de estabilizantes comerciais. A atribuição da identidade das nanopartículas se deu a partir de uma análise de mapeamento elementar, confirmando se tratar de Ag. O parâmetro cristalino das AgNPs também foi analisado (HRTEM). Selecionando-se duas partículas distintas e fazendo o cálculo da média de d-spacing das partículas, observa-se que o espaçamento médio entre as partículas é de 0,24 nm que é atribuído ao plano (111), correspondendo ao plano da prata metálica (LI, F & DONG, B; 2019). O core@shell (Fe3O4@ZnO) com as AgNPs depositadas obtidas pelo método bio também foi caracterizado. Na microscopia do material (Fig. 2) pode-se observar que a amostra é composta por um filme poroso (cinza claro) com pequenos “pontos” (cinza escuro) depositadas na superfície do material, o que indicia da presença da prata nanoestruturada. As análises de EDS do material (Fig. 2b) revelam a presença de picos de Ag e Zn, tornando razoável afirmar que as AgNPs estão dispersas na superfície de uma matriz de ZnO. Também foram feitas análises de XPS para o material. Na fotodegradação da sol. RhB a 25 ppm aplicando-se o catalisador Fe3O4@ZnO obtiveram-se bons resultados. No primeiro teste, observou-se que o catalisador conseguir degradar quase que 100% do corante em 1 hora de aplicação. O mesmo catalisador pode ser reutilizado 16 vezes, atingindo eficiência de degradação de 58%.

Imagem de microscopia eletrônica de transmissão das AgNPs dispersas (a) e histograma da distribuição de tamanhos para obtidos via análise de HRTEM.


Resultados TEM e EDS para o material Fe3O4@ZnO-Ag.

Conclusões

O extrato de Simaba trichilioides se mostrou eficaz para a obtenção de AgNPs que puderam ser aplicadas na construção de um catalisador do tipo core@shell Fe3O4@ZnO-Ag. O catalisador apresentou bons resultados para a fotodegradação de soluções a 25 ppm do corante rodamina B. O material ainda passara por análise de outras técnicas como VSM para a realização das medidas de magnetização de saturação.

Agradecimentos

Laboratório de Nanomateriais e Catálise (LNMCAT) - UFMT Laboratório de Pesquisa em Química de Produtos Naturais (LPQPN)- UFMT

Referências

Barbosa LF, Braz-Filho R, Vieira IC. Chemical constituintes of plants from genus Simaba (Simaroubaceae). Chem Biodiv 8:2163–2178, 2011

Jacinto, M. J., Vasconcelos, L. G., Sousa, P. T., Dall’Oglio, E. L., Ferreira, L. F., Silva, C. F., & Oliveira, E. S. Biosynthesis of Ag nanoparticles and their immobilization on multifunctional ZnO materials–a step closer to environmental feasibility. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2019.

Kunz, A., Peralta-Zamora, P., Moraes, S. G. D., & Durán, N. Novas tendências no tratamento de efluentes têxteis. Química nova, 2002.

PARK, J.; AN, K.; HWANG, N. M.; HYEON, T. Ultra-Large-Scale syntheses of monodisperse nanocrystals. Nature Materials. v.3, p. 891-895, 2004.

Varma, R. S. Nano-catalysts with magnetic core: sustainable options for greener synthesis. Sustainable Chemical Processes, v. 2, n. 1, p. 11, 2014.