ÁREA: Ambiental
TÍTULO: Estudos de adsorção de metais pesados em solução aquosa sobre a superfície da sílica-gel funcionalizada com o composto orgânico propil-tioureia.
AUTORES: Vieira, E.G. (UNESP) ; Soares, I.V. (UNESP) ; Dias Filho, N.L. (UNESP)
RESUMO: Neste trabalho, a sílica gel 60 Å(SGP), com tamanho de partícula de
0,063-0,200 mm (70-230 mesh ASTM) foi organofuncionalizada pela molécula de
tioureia (TIOU), na qual usou-se o agente sililante foi o 3-
cloropropiltrimetoxisilano (CPTS), o produto final foi denominado tioureia-
propil sílica gel (TIOU-SG). O material foi caracterizado por: espectroscopia na
região do infravermelho, ressonância magnética nuclear 29Si e 13C no estado
sólido, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura, analise
elementar e analise de textura. Foram realizados estudos de adsorção via
batelada onde a capacidade máxima de adsorção foi de 1.53, 1.30, 1.00, 0.93,
0.76 e 0.68 mmol/g em meio aquoso para o Cd, Cu, Zn, Ni, Co e Pb
respectivamente.
PALAVRAS CHAVES: Sílica gel; Adsorção; Metais pesados
INTRODUÇÃO: A importância da aplicação de novos adsorventes em processos adsorção de íons
metálicos reside no fato de que a poluição ambiental dos mananciais hídricos por
íons metálicos, devido ao seu caráter de não degradabilidade e tendência de
serem cumulativos no corpo humano, tornou-se assunto de interesse público e da
comunidade científica em geral, incluindo os países desenvolvidos e em
desenvolvimento. Esses metais pesados, não degradáveis, podem participar dos
ciclos ecobiológicos globais nos quais as águas são os principais vetores de
distribuição.
Portanto, continua a ser um tema atual a utilização de grupos imobilizados sobre
suportes porosos para adsorção de metais pesados, poluentes orgânicos,fármacos e
etc. Portanto, superfícies contendo grupos funcionais específicos, sendo bem
caracterizadas, permitem extensas aplicações em grande variedade de atividades
tecnológicas.
Muitas técnicas tem sido usadas para reduzir a concentração de metais pesados
presentes em água residuária industrial. Técnicas de precipitação química e
filtração, oxidação e redução química, tratamento eletroquímico, osmose reversa,
extração por solvente e evaporação, mostram diversas desvantagens, tais como,
alto custo, remoção incompleta de metais, baixa seletividade.Por outro lado, a
adsorção continua a ser uma técnica bem estabelecida e atual para reduzir a
concentração de metais pesados e poluentes orgânicos presentes em água
residuária industrial.
MATERIAL E MÉTODOS: O 3-cloropropiltrimetoxisilano (97%), Tioureia (99%) e N'N - Dimetilformamida
foram adquiridos a partir de Aldrich Chemical Company e utilizados como
recebidos.
Para as experiências de adsorção, a água desionizada foi obtida a partir de um
sistema ultra-puro Milli-Q 18,2 MΩ. Sílica gel 60 Å da Merck com tamanho de
partícula de 0,063-0,200 mm (70-230 mesh ASTM), foi previamente ativada a 130ºC
durante três horas sob uma pressão de 0,05 MPa. A TIOU-SG foi sintetizada pela
rota homogênea, foi adicionado 40 mL do agente sililante 3-
cloropropiltrimetoxisilano com tioureia em um balão de fundo chato (500 ml), em
uma proporção de 4:1 respectivamente; nesta solução não se usou de qualquer tipo
de catalisador. A suspensão foi mantida sob refluxo com agitação magnética por
aproximadamente 40 horas.
Em seguida foi adicionado 30 g de sílica gel previamente ativada e
aproximadamente 130 mL de tolueno, esta suspensão foi mantida sob agitação
magnética e refluxo por 48 horas. O produto organomodificado denominado de
tioureia-propil silica gel (TIOU-SG)foi filtrado pelo funil de Buchner em
temperatura ambiente e lavado com etanol por aproximadamente 24 horas sob
refluxo usando o extrator Soxhlet.
O material foi seco em 75 ºC, pesado e obtido um rendimento de 97%.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Pode-se observar a modificação da sílica pelo RMN 13C, onde os picos nas regiões
de 41,9; 23,97 e 12,49 ppm, que podem ser atribuídos aos carbonos da cadeia
propil do agente sililante, conforme numerado na estrutura. Esses sinais são
esperados, pois mesmo após a imobilização em sílica gel, a integridade da cadeia
orgânica dos agentes empregados deve ser preservada. O pico na região de 171,85
ppm aparece devido à incorporação da molécula de tioureia. Esse sinal é
característico do carbono ligado ao enxofre, presente na estrutura da tioureia.
Comparou-se as doses de adsorvente na adsorção para todos os metais, na qual a
quantidade de íons metálicos em meio aquoso fixada na superfície da sílica
modificada cresce com o aumento da dose de adsorvente. Isso se deve ao fato de
que à medida que se aumenta a quantidade de adsorvente há consequentemente uma
elevação dos sítios de adsorção até que a quantidade adsorvida seja equivalente
ao número de sítios vagos, para todos os metais a quantidade de adsorvente
necessária para o equilíbrio foi de 100 mg. O efeito do tempo de contato foi
estudado e para os seis metais, e é necessário um tempo de contato de 14 minutos
para que o equilíbrio seja alcançado. O material TIOU-SG apresentou uma melhor
capacidade de adsorção para o Cd>Cu>Zn>Ni>Co>Pb, na qual a capacidade maxima de
adsorção variou de O modelo de Langmuir é que melhor descreve os dados
experimentais, com o fator de correlação maior que 0,99.
O modelo cínetico de Elovich é o que melhor descreve os dados cinéticos em
solução aquosa com fator de correlação acima de 0,9981.
Os parâmetros termodinâmicos foram calculados e observou-se que os valores
positivos da varição entalpia indicam que a temperatura é benéfica ao processo
de adsorção, endotérmicos.
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos pelas técnicas de caracterizações permitiram comprovar que a
síntese do 3-cloropropil sílica gel bem como de sua funcionalização com a molécula
de tioureia, resultando no material Tioureia-propil sílica gel, foi realizada com
sucesso.
As propriedades de adsorção da sílica gel modificada com tioureia em meio aquoso
foram investigados, onde se concluiu que adsorção do Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+
e Pb2+ são dependentes do tempo de contato, concentração e temperatura.
Os parâmetros termodinâmicos ΔGº e ΔSº mostraram a espontaneidade e o aumento da
aleatoriedade do processo.
AGRADECIMENTOS: Todos os autores agradecem a FAPESP, CNPq e CAPES pelo apoio financeiro.
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