9º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Síntese de nanofluidos magnéticos em meio orgânico e aquoso.

AUTORES: Fernandes, I.L. (IF GOIANO/UNB) ; Silva, V.A. (IF GOIANO/UNB) ; Santos, S.N. (IF GOIANO) ; Pereira, C.E.S. (IF GOIANO) ; Lago, W.F. (UNB) ; Cassiano, L.M. (UNB)

RESUMO: Nanopartículas (NP) são definidas como partículas cujo tamanho varia de 1 ηm a 100 ηm, de forma que suas propriedades físicas e magnéticas estão relacionadas ao seu tamanho. Atualmente possuem vasta aplicabilidade, destacando-se aplicações em remediação ambiental e estudos em medicina. Os objetivos foram preparar nanofluidos magnéticos de magnetita, Fe3O4, em meio aquoso e orgânico por peptização a partir da síntese de nanopartículas magnéticas por co-precipitação. Constatou-se a facilidade de obtenção de nanopartículas magnéticas de magnetita por co-precipitação e facilidade de obtenção dos nanofluidos magnéticos por peptização, inclusive com rota simplificada, tempo reduzido e baixa necessidade de aparatos. Resultados satisfatórios foram atingidos com pouca necessidade de adequação.

PALAVRAS CHAVES: Magnetita; Nanofluidos; co-precipitação

INTRODUÇÃO: Dentre as nanopartículas magnéticas, a que mais se destaca em termos de estudos é a magnetita, um óxido de ferro de valência mista (FeO.Fe2O3) com estrutura cúbica de espinélio inverso (WILEY, 2001). A co-precipitação é um método relativamente fácil de sintetizar os óxidos de ferro, seja Fe3O4 ou γ-Fe2O3. Consiste em adicionar uma base em uma mistura de sais contendo Fe2+ e Fe3+, sob uma atmosfera inerte, em temperatura ambiente ou com aquecimento, e por fim adiciona-se o ligante/estabilizador (SCHÜTH et al., 2007 & LIMA, 2012). O tamanho, forma e composição dos nanocompostos sintetizados por essa rota, dependem muito dos tipos de sais de ferro utilizado (cloretos, nitratos, sulfatos), a proporção de Fe2+ e Fe3+ utilizado, a temperatura da reação, o pH e a força iônica do meio (SCHÜTH et al., 2007). Tsakalakos et al. (2012) citam que a formação magnetita pode ser obtida a partir da oxidação controlada de Fe2+ em solução, de acordo com a equação: 3 Fe2+ + O2 + 2 OH-  Fe3O4 + 2 H+. Contudo a cinética de oxidação é lenta e de difícil controle, para tanto a obtenção através das misturas dos cátions Fe2+ e Fe3+ é mais recomendada. Nesse caso a equação iônica pode ser representada pela equação: Fe2+ + 2 Fe3+ + 2 OH-  Fe3O4 + H+. Os ferrofluidos são uma forma de dispersar as nanopartículas magnéticas em uma formulação coloidal. Eles foram inicialmente desenvolvidos pela NASA para ser uma forma de se controlar fluídos no espaço. Atualmente possuem vasta aplicabilidade, destacando-se aplicações em remediação ambiental e estudos em medicina. Os objetivos foram preparar nanofluidos magnéticos de magnetita, Fe3O4, em meio aquoso e orgânico por peptização a partir da síntese de nanopartículas magnéticas por co-precipitação.

MATERIAL E MÉTODOS: SISTEMA I: Inicialmente separou-se 50 mL de solução de NH4OH 1 mol/L e deixou-se em agitação branda. Em outro béquer misturou-se 2,0 mL de Fe2+ (FeSO4 1,0 mol/L) com 4,0 mL de Fe3+ (FeCl3 1,0 mol/L) e transferiu-se para a solução de NH4OH gota a gota. O sistema permaneceu em agitação por 25 min. As partículas de magnetita formadas foram magneticamente separadas e lavadas 3x com H2O sob agitação magnética. Transferiu-se as partículas para um kitassato e adicionou-se 8,0 mL de hidróxido de tetrametilamônio (TMAH), esse sistema foi submetido a pressão reduzida sob agitação por 30 minutos. Em sequência adicionou-se 50 mL acetona. Descartou-se as fases líquidas obtidas. Adicionou-se acetona até cobrir a amostra e levou-se à evaporação do solvente em pressão reduzida, repetiu-se a etapa anterior 1x. Por fim adicionou-se água para obter o nanofluido magnético. SISTEMA II: Iniciou-se da mesma forma ao Sistema I, no entanto transferiu-se a solução de Fe2+ e Fe2+ de forma rápida para a solução de NH4OH, ao invés de ser gota a gota. As partículas de magnetita formadas foram magneticamente separadas e lavadas 3x com H2O sob agitação magnética. Em seguida, foi adicionado uma porção de H2O e mediu-se o pH com auxílio de fitas de pH, ajustou-se HCl 0,1 mol/L para 3 – 4. Em sequência, adicionou-se ácido oleico em excesso, levou-se para agitação por 5 min e reservou-se. Em paralelo, coletou-se uma amostra do reservado, transferiu-se para um tubo falcon e adicionou-se igual porção de hexano. Após observação adicionou-se ácido oleico e agitou-se em Vórtex por 2 min. Em sequência adiciona-se etanol em excesso ao reservado, agitou- se e descartou-se o sobrenadante, repetiu-se o procedimento e deixou-se evaporar o álcool em capela. Por fim, adicionou-se hexano até cobrir as partículas.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: As etapas intermediárias da formação da magnetita foram observadas na adição gota a gota da solução de Fe2+ e Fe3+ (sistema I) com a percepção da coloração verde enferrujado (Figura 1a). Com o aumento da concentração de ferro observou-se o surgimento de coloração preta, característica da magnetita. Ressalta-se que no sistema II a coloração verde enferrujado foi observada num curtíssimo espaço de tempo, quase que imperceptível, devido a solução ser adicionada de modo rápido e com agitação intensa (Figura 1b). Destaca-se que os processos de lavagem diminuem a força iônica do meio, no entanto diminui o pH. Em relação ao sistema I, a adição de TMAH tem a função de adicionar um contra íon a partículas magnéticas. Esse foi escolhido por ser um íon mais volumosos e que atual como uma agente de complexação mais eficiente, ideal para estabilizar o coloide. Alguns autores citam que íons pequenos e monovalentes não são recomendados, pois não conferem adequada estabilidade para as partículas. O nanofluído em meio aquoso (sistema I) foi obtido com sucesso. Figura 2. O sistema II, o qual tinha por objetivo produzir nanofluidos em meio orgânico, necessita de um ligante que interaja com a fase orgânica e com as nanopartículas. É preferível que os ligantes sejam bases de Lewis, visto que esses interagem com o ferro, o qual tem orbitais vazios. Lopez et al. (2010) citam que o ácido oleico é normalmente usado como agente tensoativo, o qual forma um reservatório de impermeabilização em torno das nanopartículas de magnetita. Os autores ainda citam que o tratamento da magnetita por ácido oleico é muito importante porque o tamanho e as propriedades físicas de nanopartículas dependem de parâmetros de preparação: temperatura da reação, pH da suspensão, concentração molar inicial e outros.

Figura 1

Adição de solução Fe2+ e Fe3+ ao Sistema I (a) e ao Sistema II (b).

Figura 2

Nanofluidos em meio aquoso sendo atraídos para as paredes de um tubo falcon com a aproximação de um imã.

CONCLUSÕES: Os dois sistemas, I e II, podem gerar partículas nanométricas de magnetita, onde no sistema I com adição em gotejamento pode atingir resultados da ordem 12 nm, enquanto o II da ordem de 20 nm. Os fatores de controle influenciam diretamente os tamanhos. Constatou-se a facilidade de obtenção de nanopartículas magnéticas de magnetita por co-precipitação e facilidade de obtenção dos nanofluidos magnéticos por peptização, inclusive com rota simplificada, tempo reduzido e baixa necessidade de aparatos. Resultados satisfatórios foram atingidos com pouca necessidade de adequação.

AGRADECIMENTOS: Pelo apoio financeiro e suporte ao CNPq, à CAPES, à UnB e ao IF Goiano.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LIMA, F. A. P. (2012). Síntese e caracterização de nanoestruturas magnéticas como agente de contraste em imagens biomédicas.
Lopez, J. A., González, F., Bonilla, F. A., Zambrano, G., & Gómez, M. E. (2010). Synthesis and characterization of Fe 3 O 4 magnetic nanofluid. Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 60-66.
Tsakalakos, T., Ovid'ko, I. A., & Vasudevan, A. K. (Eds.). (2012). Nanostructures: Synthesis, Functional Properties and Application (Vol. 128). Springer Science & Business Media.
Schüth, F., Lu, A. H. & Salabas, E. E. (2007). Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie International Edition, 46(8), 1222-1244