DESENVOLVIMENTO DE FILTRO CERÂMICO A BASE DE ZIRCÔNIA E PRATA SUPORTADAS EM ARGILA MONTMORILONITA K10 PARA DESINFECÇÃO DE ÁGUA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Ericeira, E. (IFMA) ; Moraes, L. (IFMA) ; Oliveira, M. (IFMA)

Resumo

Este trabalho teve como objetivo obter filtros cerâmicos a base de argila montmorilonita K10 impregnada com óxido de zircônio e prata a 0,25 e 0,5 %mol. Os filtros foram produzidos pelo método da réplica utilizando uma esponja polimérica e uma barbotina de Argila Montmorilonita K 10. As resinas de zircônio e dopado com prata foram sintetizadas por meio do Método Pechini, e posteriormente foram impregnadas nas estruturas cerâmicas. A caracterização da morfologia do filtro cerâmico ocorreu por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura e das resinas, por Termogravimetria, Difração de Raios X, Espectroscopia por Dispersão de Energia e RAMAN. Para verificar a eficiência do material sintetizado, contaminou-se a água com bactérias Staphylococcus Aureus e Escherichia Coli.

Palavras chaves

Argila Montmorilonita K10; Filtros cerâmico; Desinfecção de água

Introdução

O Maranhão ainda figura entre os estados brasileiros que apresentam os mais altos índices de mortalidade infantil e de casos de hepatite. Grande parcela desses resultados é atribuída à deficiência ou inexistência de saneamento básico ou sistema de abastecimento de água. Uma das soluções para amenizar a contaminação da água para consumo humano é a utilização de filtros cerâmicos de baixo custo, que podem reduzir a contaminação por bactérias em até 99%, em condições laboratoriais. O material cerâmico é frequentemente utilizado em filtros de água devido à facilidade de criação de uma estrutura uniforme de pequenos poros. Tais estruturas cerâmicas podem remover muitos contaminantes na água, e a exclusão desses contaminantes é feita através do tamanho dos poros ou por aderência as paredes dos poros (RODRIGUES, 2012). A montmorilonita é o argilomineral mais abundante entre as esmectitas tem e tem sido estudada por vários grupos de pesquisa principalmente na sua forma arganofílica (CAVALCANTI et al., 2010). Sua aplicação vai desde remoção de poluentes, catálise e purificação de água (California Earth Minerals, 2017, HARTEELL, 1965). A prata e o zircônio são utilizados como bactericidas, e vários trabalhos descritos na literatura mostram sua eficácia em relação a eliminação de bactérias Escherichia Coli e Staphylococus. O objetivo desse trabalho foi desenvolver filtros cerâmicos a base de zircônia e prata suportados por argila Montmorilonita K10 para desinfecção de água.

Material e métodos

O filtro cerâmico foi sintetizado pelo método da réplica. A esponja impregnada com a barbotina foi seca a temperatura ambiente e em seguida foi levada a mufla e tratada termicamente da temperatura ambiente até 280 °C por 26 minutos e em seguida, a temperatura foi elevada a 1050 °C. O citrato de zircônio foi preparado a partir de 0,3 mol do butóxido de zircônio (IV) e 1,02 mol de ácido cítrico na proporção 1:3 para a formação de quelatos, entre os cátions metálicos com o ácido carboxílico, enquanto o citrato de prata foi preparado a partir de 0,043 mol do nitrato de prata. As soluções ficaram sob agitação constante a 80 °C. Logo após ocorreu a imersão da amostra na resina de zircônio e então colocadas em uma estufa a 80 °C. Em seguida as amostras foram tratadas a 500, 600, 700 e 800 °C. Os filtros foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia RAMAN, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia por Dispersão em Energia (EDS). As bactérias utilizadas para a contaminação da água foram a Staphylococcus Aureus (Gram positiva) e Escherichia Coli (Gram negativa). A água foi contaminada com essas bactérias durante 24 horas e para montagem do sistema de filtração foram utilizados canos de PVC de ½ polegada, de ¾ polegadas, redutores de ¾ para ½ polegadas, garrafas PET e os filtros cerâmicos. Foram recolhidas alíquotas de 1 e 0,1 mL de água, para a análise bacteriológica antes a após a passagem no filtro cerâmico.

Resultado e discussão

As análises por MEV para o filtro sintetizado mostraram uma morfologia porosa, resultante da morfologia da esponja polimérica (Figura 1) e após a impregnação com as resinas, um material menos poroso. Os difratrogramas mostraram a formação de fases monoclínica e tetragonal para o ZrO2 e para prata, cúbica. A análise térmica da resina mostrou perdas de massa acima de 200 °C, referente a decomposição de material orgânico e os espectros RAMAN corroboraram a obtenção dos óxidos de ZrO2 e AgO. Dos 3 tipos de filtros cerâmicos sintetizados os melhores resultados, teste negativo para as bactérias, se deu para o filtro cerâmico impregnado com a resina de zircônio dopada com prata na concentração de 0,5 %mol (Zr*-Ag 0,5 %) e tratado nas temperaturas de 500 a 800 °C (Tabela 1 e 2).

Figura 1 – Micrografia da Estrutura Cerâmica: (a) Antes e (b) após impregnação.


Análise bacteriológica da água contaminada com Staphylococcus Aureus e Escherichia Coli

Conclusões

O método da réplica foi utilizado para obtenção de filtros cerâmicos impregnados com zircônia e prata, obtidos pelo método Pechini. As caracterizações morfológicas e químicas, por TG, DRX, RAMAN e MEV mostraram que os materiais foram obtidos de acordo com o método proposto. Os filtros cerâmicos que apresentaram os melhores resultados na retenção das bactérias analisadas foi o Zr*-Ag 0,5 %, tratados termicamente nas temperaturas que variaram de 500 a 800 °C e Zr*-Ag 0,25 %, a temperatura 800 °C.

Agradecimentos

IFMA, UFMA e FAPEMA (Processo UNIVERSAL-00768/17)

Referências

Califórnia Earth Minerals. Montmorillonite Clay Uses. Disponível em: <http://www.californiaearthminerals.com/montmorillonite_clay_uses.html>. Acesso em: 14 ago. 2019.

CAVALCANTI, J. V. F. L.; M. da Motta, C. A. M. Abreu, O. S. Baraúna, L. A. P. Portela. Utilização de argilas esmectíticas do nordeste do Brasil para preparação de um adsorvente organofílico. Cerâmica v. 56, p. 168-178, 2016.


HARTWELL, J. M. The Diverse Uses of Montmorillonite. Clay Minerals v. 6, n. 02, p. 111-118, 1965. http://dx.doi.org/10.1180/claymin.1965.006.2.05

RODRIGUES, E. N. L. Síntese e caracterização de zircônia dopada com prata baseado no método Pechini para fins bactericidas em elementos filtrantes. Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais – Curso de Engenharia de Materiais, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMA, São Luís – MA, 2012.