Estudo da adsorção de 4-nitrofenol utilizando um silsesquioxano como material adsorvente

Abstract

Materiais híbridos possuem grande potencialidade na aplicação como adsorventes e consequentemente na remediação de problemas ambientais. Silsesquioxanos são comumente utilizados na adsorção de íons metálicos e corantes orgânicos, entretanto não se conhece até o momento estudos de aplicação destes como adsorventes de compostos presentes em agrotóxicos como, por exemplo, derivados fenólicos. Neste trabalho foi sintetizado um material insolúvel em meio aquoso, designado cloreto de 3-n-propil(4-metilpiridínio) silsesquioxano (Si-4Pic+Cl-), a partir da funcionalização de um xerogel obtido via método sol-gel. A estrutura do material obtido foi confirmada via caracterização por técnicas espectroscópicas como NMR de 13C e 29Si, ATR-FTIR. Uma análise termogravimétrica foi realizada e demonstrou a estabilidade térmica do Si-4Pic+Cl- de aproximadamente 200 ºC. Imagens de microscopia mostraram a morfologia do material, relativamente fragmentada, e não foi possível observar a presença de poros. Também foi realizada uma titulação potenciométrica de íons cloreto e análise elementar CHN, que elucidam a incorporação dos grupos piridínicos na superfície do xerogel. O material foi aplicado como adsorvente de 4-nitrofenol, a partir da variação de parâmetros termodinâmicos e cinéticos como pH, tempo e concentração, foi construída uma isoterma a qual foi aplicada ao modelo de Langmuir. A capacidade de adsorção do material (q_m) foi de 3,7x10-4 ± 0,1 x10-4 mol g - 1, a constante de equilíbrio log de K_L= 4,025 ± 0,2194 L/mol, coeficiente de correlação (R^2) de 0,9904, sendo estes resultados considerados favoráveis para o processo de adsorção física. Foi também realizado o estudo de dessorção do 4-nitrofenol da superfície do Si-4Pic+Cl- com tratamento ácido e a capacidade de adsorção não diminuiu após dois ciclos de lavagem. Análises de espectroscopia na região do UV-Vis no estado sólido foram realizadas com o intuito de investigar a interação entre o Si-4Pic+Cl- e o 4-nitrofenol e conclui-se que ocorre uma interação do tipo ? stacking.

Abstract : Hybrid materials have great potential to be applied as adsorbents and consecutively in remediation of environmental problems. Silsesquioxanes are usually applied as adsorbents of metallic ions and organic dyes, however, their application as adsorbent of nitrophenolic compounds in agrotoxics isn t known yet. In this work, it was developed a xerogel material that was modified by an organic ligand resulting an aqueous insoluble material called 3-n-propyl (4-methylpyridinium) silsesquioxane chloride (Si-4Pic+Cl-). The structure of the obtained material was confirmed by spectroscopy techniques as NMR 13C and 29Si NMR, ATR-FTIR. A thermogravimetric analisys was performed and showed a thermic stability near to 200 ºC and the morphologic aspect was studied by SEM, which was not possible to observe the presence of porous. A potentiometric titration of chloride ions and the elementary analysis CHN showed the incorporation of pyridinic groups onto xerogel. The material was applied as adsorbent of 4-nitrophenol and the thermodynamics and kinetics parameters as pH, contact time and concentration, it was constructed an isotherm that was applied in the Langmuir model. The adsorption capacity of the material was (q_m) 3,7x10-4 ± 0,1 x10-4 mol g -1, the equilibrium constant log de K_L= 4,025 ± 0,2194 L/mol and correlation coefficient (R^2) de 0,9904, favorable results to physics adsorptions processes. The desorption study was performed with acid treatment and the adsorption capacity was not affected by two cycles. Reflectance spectroscopy analysis in UV-Vis region was performed to improve the investigation of interactions between Si-4Pic+Cl- and 4-nitrophenol proving that interaction is ? stacking type.