Silsesquioxano funcionalizado com ligante N-doador: estudos titulométricos em sistemas homogêneos e heterogêneos visando futura recuperação sustentável de íons La(III) de resíduos eletrônicos

Abstract

O desenvolvimento de métodos sustentáveis para a recuperação de íons lantanídeos constitui uma área de pesquisa relevante, voltada à promoção do reuso eficiente desses elementos químicos valiosos, presentes em diversos dispositivos eletrônicos. Técnicas de adsorção utilizando materiais funcionalizados com grupos quelantes, como matrizes de POSS (silsesquioxanos oligoméricos poliedrais) modificados, podem desempenhar um papel crucial na captura desses metais. Esse trabalho ressalta a importância da investigação de novos materiais capazes de atuar como matrizes eficientes para a remoção de íons lantânio de resíduos eletrônicos, contribuindo para rotas alternativas de recuperação sustentável. Este estudo examina a coordenação do íon lantânio(III) com dois ligantes orgânicos tridentados: bis-(piridin 2-ilmetil)amina (L1) e (piridin-2-ilmetil)(tiofen-2-ilmetil)amina (L2). Os resultados revelaram interações mais fortes para L1, com maiores constantes de formação (9,0 para [LaL1]3+ e 16,9 para [La(L1)2]3+), em comparação a L2 (4,37 para [LaL2]3+). Estudos adicionais com o ligante L1 ancorado ao silsesquioxano (POSS-L1) evidenciaram interações significativas com o íon metálico, mostrando a formação de [LaPOSS-L1]3+ (81,0%) em pH 5,42 e La(OH)3POSS-L1 acima de pH 8,0, com constante de formação de 10,33, superior àquela do L1 livre. Esses resultados demonstram a eficiente ligação do La(III) ao POSS-L1 em sistema heterogêneo. A matriz de silsesquioxano modificada apresenta-se como uma alternativa promissora para a adsorção de íons lantanídeos, contribuindo para estratégias sustentáveis de recuperação de metais. A crescente geração de lixo eletrônico (e-lixo) ? proveniente de dispositivos como baterias, telas, LEDs, semicondutores e catalisadores ? amplia a demanda por processos de reciclagem que sejam economicamente viáveis e ambientalmente seguros. Muitos desses componentes contêm lantanídeos essenciais para tecnologias modernas, mas frequentemente descartados sem tratamento adequado, o que resulta tanto na perda de recursos estratégicos quanto em potenciais riscos ambientais. Nesse contexto, o desenvolvimento de novas matrizes adsorventes, como os materiais à base de POSS funcionalizados com ligantes quelantes, oferece uma abordagem inovadora para a recuperação seletiva desses íons.

Abstract: The development of sustainable methods for the recovery of lanthanide ions represents a relevant research area aimed at promoting the efficient reuse of these valuable chemical elements, which are present in various electronic devices. Adsorption techniques using materials functionalized with chelating groups, such as modified POSS (polyhedral oligomeric silsesquioxane) matrices, can play a crucial role in capturing these metals. This work highlights the importance of investigating new materials capable of acting as efficient matrices for the removal of lanthanum ions from electronic waste, contributing to alternative routes for sustainable recovery. This study examines the coordination of lanthanum(III) ions with two tridentate organic ligands: bis(pyridin-2-ylmethyl)amine (L1) and (pyridin-2-ylmethyl)(thiophen-2-ylmethyl)amine (L2). The results revealed stronger interactions for L1, with higher formation constants (9.0 for [LaL1]3+ and 16.9 for [La(L1)2]3+), compared with L2 (4.37 for [LaL2]3+). Additional studies with ligand L1 anchored to the silsesquioxane matrix (POSS-L1) showed significant interactions with the metal ion, with the formation of [LaPOSS-L1]3+ (81.0%) at pH 5.42 and La(OH)3POSS-L1 above pH 8.0, with a formation constant of 10.33, higher than that of free L1. These results demonstrate the efficient binding of La(III) to POSS-L1 in a heterogeneous system. The modified silsesquioxane matrix emerges as a promising alternative for the adsorption of lanthanide ions, contributing to sustainable strategies for metal recovery. The growing generation of electronic waste (e-waste) ? originating from devices such as batteries, displays, LEDs, semiconductors, and catalysts ? increases the demand for recycling processes that are both economically viable and environmentally safe. Many of these components contain lanthanides essential for modern technologies but are frequently discarded without proper treatment, resulting in both the loss of strategic resources and potential environmental risks. In this context, the development of new adsorbent matrices, such as POSS-based materials functionalized with chelating ligands, offers an innovative approach for the selective recovery of these ions.