ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: Novas Redes de coordenação aplicadas ao controle de efluentes derivados de hidrocarbonetos em água
AUTORES: Lima, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Belian, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, W. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO: Rede de coordenação (do inglês metal-organic frameworks) é uma nova classe de
materiais porosos formados por um íon metálico e um ligante de natureza
orgânica.
Visando à qualidade do meio ambiente, este trabalho tem como objetivo a síntese
de
uma rede de coordenação que tenha a finalidade de adsorver efluentes derivados
de
hidrocarbonetos em meio aquoso. Foram sintetizados novas redes de coordenação
utilizando os íons Cu(II) e como ligante um diácido carboxílico. As sínteses
foram
caracterizadas por análise elementar, Infravermelho e Análise Termogravimétrica
e
realizadas via evaporação lenta, forno programável, forno micro-ondas e
ultrassom.
A análise térmica corroborou para sugerir que os efluentes estavam adsorvidos na
superfície da MOF.
PALAVRAS CHAVES: Redes de coordenação; hidrocarbonetos; controle de efluentes
INTRODUÇÃO: A água é o recurso natural mais utilizado em todo o mundo e de fundamental
importância para a existência e manutenção da vida. Atualmente, existe uma
grande preocupação em relação às questões ambientais, principalmente com os
problemas relacionados à falta e quantidade de água potável no planeta. O
desperdício de lixo em locais inadequados e os acidentes ambientais em mares
agravam ainda mais situação. O derramamento de petróleo, através de acidentes
com os navios transportadores, tem chamado a atenção dos ambientalistas devido
às inúmeras mortes da fauna aquática, além da agravante poluição dos mares, por
isso, as empresas de petróleo já procuram reduzir ao máximo este impacto ao meio
ambiente (SANTOS et al.,2006).Devido a essa preocupação com o meio ambiente,
pesquisadores de todo o mundo tentam desenvolver materiais que possam eliminar
estes resíduos. No presente projeto, o principal objetivo é desenvolver um
material capaz de adsorver resíduos oriundos do petróleo, onde os testes serão
realizados frente a sistemas contendo hidrocarbonetos. Dentre estes materiais
adsorventes, destacam-se as redes de coordenação, traduzindo-se para o inglês é
chamada de metal-organic frameworks(MOF's) devido a sua capacidade absortiva,
alta porosidade e área superficial(KIM et al.,2011). De um modo geral, essas
redes são constituídas por íons metálicos, geralmente metais de transição, e
ligantes orgânicos. Para a síntese de novas MOF’s vários métodos têm sido
aprimorados na literatura, principalmente com a utilização de forno micro-ondas
devido ao baixo tempo reacional e eficiência energética (YAGHI et al.,2004).
Porém, novas rotas como forno programável, ultrassom e evaporação lenta estão
sendo exploradas por pesquisadores, demonstrando eficiência e vão ser exploradas
neste trabalho.
MATERIAL E MÉTODOS: Na síntese dos sais derivado do ligante e suas respectivas redes de coordenação
foram utilizados os seguintes reagentes e solventes: diácidos carboxílicos,
Nitrato de Cobre (II) P.A, Sódio metálico, Ciclohexano PA, Etanol PA.
Ressaltando que todos os reagentes foram de grau analítico.
Para a síntese de uma rede de coordenação é necessário que haja a hidrólise dos
ligantes, seguida de desidratação posterior. Para retirar o hidrogênio (-COOH)
do diácido, que neste caso está sendo usado como ligante, faz-se uma reação com
algum metal que seja reativo, nesse caso foi utilizado o sódio metálico,
formando como produto final um sal derivado do ligante. Em um balão de fundo
redondo, adiciona 2 mmol de sódio metálico e 10 ml de etanol até completa
formação do alcóxido. Adiciona-se 1 mmol do ácido carboxílico, previamente
pesado, à mistura e deixa-se o sistema sob agitação por 30 minutos. Em seguida
retira-se o sobrenadante e o sólido é secado no dessecador à vácuo. .A
estequiometria utilizada é 1:2 (ligante-metal). A síntese das redes de
coordenação é caracterizada como hidrotermal. Foram utilizadas 4 rotas:
evaporação lenta, forno programável, micro-ondas e ultrassom e proporção
estequiométrica específica 1:1 (metal-ligante). Foram pesados 1 mmol do sal do
diácido e 2 mmol do sal de Nitrato de Cobre e postos em recipientes específicos
para reagir. Para as rotas forno programável e forno micro-ondas utilizam-se de
reatores revestidos por uma camada de teflon. Adiciona-se 3 ml de água e após a
reação ser completada, retira-se o sobrenadante e acondiciona o precipitado em
dessecador à vácuo.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os complexos foram obtidos na forma de um sólido de coloração verde e
apresentaram baixa higroscopicidade. Os produtos finais foram caracterizados via
análise elementar, Espectroscopia na região do IV e Análise Termogravimétrica. A
partir dos espectros de infravermelho (Figura 1) é possível observar a presença
de uma banda com forte intensidade na região de 1687 cm-1, característico do
grupo carbonila presente no ligante livre (em preto). Verificando-se agora o
composto sintetizado (MOF, em vermelho), percebe-se que houve deslocamento da
banda de estiramento da carbonila para 1572 cm-1. Esse deslocamento para menores
freqüências, ocorre porque ligação entre o metal e o ligante diminui a constante
de força da ligação carbonila, deslocando a banda de absorção. Sugere, então,
que houve coordenação ao íon central (Cu2+) pelo grupamento carboxila (υ COOH).
Os resultados teóricos da análise elementar para carbono, nitrogênio e
hidrogênio apresentaram boa concordância com os valores experimentais, com erro
de aproximadamente 2 %. Foi possível prever fórmulas mínimas a partir desses
dados.
A Figura 2 mostra a curva TG da MOF antes (em azul) e após o teste (em vermelho)
de adsorção com hexano. A mesma amostra foi aquecida até 400ºC, sob uma
atmosfera de argônio e com razão de aquecimento de 10ºC/min. A temperatura de
início de perda de massa (Tonset) é a mesma nas duas amostras. O ponto de
ebulição do hexano é 68,7ºC e nesta faixa de temperatura não é visível a saída
de nenhum componente da amostra, característico de um evento térmico de perda de
massa, logo, sugere-se que o hexano encontra-se adsorvido na rede metalorgânica.
A MOF antes perde 93% de sua massa, e após o teste perde apenas 29,4%, o que
sugere desta forma que há algum composto diferente do inicial presente na MOF.
Figura 1. Espectros de infravermelho do diácido livre (em preto) e da
Figura 2. Curvas de TG antes (em preto) e após (em vermelho) a adsorçã
CONCLUSÕES: A análise detalhada dos espectros de infravermelho mostrou que para todos os
compostos houve possível coordenação com o íon central Cu(II). Análise
termogravimétrica auxiliou na caracterização qualitativa das redes de coordenação
e indicou que o material possui características de um excelente adsorvente para o
fim desejado. Na fase inicial dos testes pôde-se perceber uma nítida diferença da
natureza do composto antes e após o teste com o n-hexano, o que sugere que este
material está intrinsecamente ligado a MOF.
AGRADECIMENTOS: FACEPE, CNPq, UFRPE e LAQIS.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: O.M. YAGHI , J.L.C. ROWSELL,. Metal–organic frameworks: a new class of porous materials. Science direct, Vol. 73, p. 3–14, 2004.
SANTOS, ELBA et al. Desempenho de Biomassas na adsorção de hidrocarbonetos leves em efluentes aquosos. UFCG, 2006.
D.O. KIM et al. Synthesis of MOF having functional side group. Inorganica Chimica Acta, vol. 360, p. 76–81, 2011.
