PREPARAÇÃO DE ESPINÉLIO COMO UM POTENCIAL ADSORVENTE E CATALISADOR FOTO-FENTON

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Thalita Valverde
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1 PREPARAÇÃO DE ESPINÉLIO COMO UM POTENCIAL ADSORVENTE E CATALISADOR FOTO-FENTON S.L. Jahn 1 ; J. S. Oliveira 1 ; B.M. Zimmermann 2 ; E. L. Foletto Departamento de Engenharia Química Universidade Federal de Santa Maria Av. Roraima, CEP: Santa Maria RS Brasil Telefone: (55) Fax: (55) efoletto@gmail.com 2- Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental Universidade Federal de Santa Maria Av. Roraima 1000, CEP: Santa Maria- RS Brasil Telefone: (55) Fax: (55) barbaramzesa@gmail.com RESUMO: A CoFe 2O 4 foi preparada pelo método solvotérmico para uso como adsorvente e catalisador foto-fenton na remoção do corante vermelho amaranto. O material foi caracterizado por difração de raios-x (DRX), área de superfície e tamanho médio dos poros pela técnica adsorção/dessorção. O espinélio apresentou uma área de superfície de 116 m 2 g -1 e tamanho médio dos poros equivalente a 8,89 nm. A descoloração do corante após 150 min de adsorção e reação foto-fenton, para uma concentração de 75 ppm, 0,05 g.l -1 de sólido e solução em ph = 3, demonstrou que este material pode ser promissor para a remoção de poluentes orgânicos em soluções aquosas. Ainda, devido ao magnetismo do material, foi possível realizar sua reciclabilidade no tratamento, confirmando que este possui uma boa estabilidade. PALAVRAS-CHAVE: adsorção; espinélio; foto-fenton; material magnético. ABSTRACT: CoFe 2O 4 was prepared by the solvothermal method for use as adsorbent and photo-fenton catalyst in the removal of amaranth red dye. The material was characterized by X- ray diffraction (XRD), surface area and average pore size by the adsorption/desorption technique. The spinel had a surface area of 116 m 2 g -1 and average pore size of 8.89 nm. The dye discoloration after 150 min of adsorption and photo-fenton reaction at a concentration of 75 ppm, 0.05 gl -1 of solid and solution at ph = 3, demonstrated that this material can be promising for the removal of organic pollutants in aqueous solutions. Also, due to the magnetism of the material, it was possible to achieve its recyclability in the treatment, confirming that it has a good stability. KEYWORDS: adsorption; magnetic material; photo-fenton; spinel. 1. INTRODUÇÃO Os corantes orgânicos são amplamente utilizados em indústrias têxtil, de couro, alimentos e farmacêutica, podendo causar graves problemas ambientais se descartados de forma incorreta (COMBES e HAVELAND-SMITH, 1982). Além disso, possuem dificuldade de serem biologicamente degradáveis (NGUYEN e JUANG, 2013). Desta forma, a aplicação de Processos Oxidativos Avançados (POAs) no tratamento de efluentes industriais contendo estes compostos recalcitrantes têm sido amplamente estudada nos últimos anos (RIBEIRO et al., 2010). O foto-fenton heterogêneo é um POA que utiliza catalisadores à base de ferro, tais como as ferritas, as quais apresentam a fórmula geral MFe 2O 4, onde M representa um cátion metálico. Elas são muito utilizadas devido ao fato de possuirem alta atividade catalítica, estrutura cristalina estável, solubilidade extremamente baixa e, especialmente, propriedade magnética para a

2 separação do meio reacional por um campo magnético (DOM et al., 2011; DU et al., 2016; TEZUKA et al., 2014). A adsorção é um processo que facilita a transferência do corante para a superfície do adsorvente. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo sintetizar a ferrita de cobalto e utilizá-la como adsorvente e catalisador foto- Fenton para a remoção do azo corante vermelho amaranto, além de recuperar e reutilzá-la no tratamento. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Preparação do material A CoFe 2O 4 foi sintetizada a partir de uma rota solvotérmica, utilizando cloreto de cobalto (CoCl 2.6H 2O) e cloreto férrico (FeCl 3.6H 2O), razão estequiométrica de 1:2 = Co:Fe, como precursores. Etilenoglicol (C 2H 4O 2) foi utilizado como solvente. A solução foi preparada utilizando-se 4 mmol de cloreto de cobalto e 8 mmol de cloreto férrico, os quais foram dissolvidos em 120 ml de etilenoglicol, sob agitação, seguido da adição de 60 mmol de acetato de sódio (NaC 2H 3O 2.3H 2O). Após, a solução foi transferida para autoclaves de inox revestidas com teflon, e submetidas a uma temperatura de 200ºC por 10 horas. Por fim, a CoFe 2O 4 foi lavada e seca a 80ºC. 2.2 Caracterização do material A ferrita de cobalto foi caracterizada por difração de raios-x (DRX), usando um difratômetro Rigaku Miniflex 300, com radiação Cu-Kα (λ = 1,5418 Å), fonte de energia com 30 kv e 10 ma, com passo de 0,03 (em 2θ) e tempo de aquisição de 0,9s. A área de superfície (BET) e o tamanho médio dos poros foram determinados pela técnica de adsorção/dessorção de nitrogênio através do equipamento Micromeritics ASAP 2020 a 77K. 2.3 Experimento de adsorção e de catálise A concentração utilizada do corante azo vermelho amaranto (CAS n , C 20H 11N 2Na 3O 10S 3, massa molecular: 604,47 g.mol- 1) foi de 75 ppm. Os experimentos foram realizados empregando uma relação de 0,05 gl -1 de material e 0,1 M de H 2SO 4 para o ajuste do ph = 3. A solução foi mantida sob agitação no escuro até atingir o equilíbrio de adsorção e após, no processo foto- Fenton, foi adicionado 8 mmol.l -1 de H 2O 2 e acesa uma lâmpada espiral fluorescente (EMPALUX, 85W). A eficiência da descoloração foi verificada em termos de redução da absorbância, no comprimento de onda de 520 nm (espectrofotômetro UV-visível, SP1105, BEL Photonics), determinada através da seguinte expressão: ED (%) = [(A 0 - A t) / A 0] 100, onde: A 0 é a concentração inicial de corante, antes da reação e A t é a absorbância no tempo de reação t. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Caracterização do material Na Figura 1 podemos confirmar os picos padrões da CoFe 2O 4 de acordo com o cartão JCPDS n (2Ɵ = 18,29; 30,09; 35,44; 43,06; 56,98; 62,59).

3 Figura 1. Difratograma de raios-x da amostra CoFe 2O 4. Através do método adsorção/dessorção foi possível verificar que a área de superfície (BET) foi de 116 m 2 g -1 e o tamanho médio dos poros equivalente a 8,89 nm, ou seja, o material apresenta mesoporidade (2 nm < diâmetro < 50 nm) conforme a IUPAC (THOMMES et al., 2015). A Figura 2 apresenta as partículas do material atraídas por um imã, confirmando sua propriedade magnética e possibilitando a separação sólido-líquido por um campo magnético. Figura 2. CoFe 2O 4 magnética. 3.2 Experimento adsortivo e catalítico As Figura 3(a) e 3(b) apresentam, respectivamente, os resultados da eficiência de descoloração do corante vermelho amaranto utilizando CoFe 2O 4 e a variação de ln (C/C o).

4 Figura 3. Eficiência de descoloração via adsorção e reação foto-fenton com o uso de CoFe 2O 4 (a) e Variação de ln (C/C o) (b). Conforme a Figura 3(a), a eficiência de descoloração no processo de adsorção foi de 8% e na reação foto-fenton em torno de 86%. Isto demonstra que a CoFe 2O 4 foi eficiente para remover o corante de soluções aquosas, o que pode ser atribuído as boas características físicas do material. A partir da inclinação da reta da Figura 3(b) foi possível obter o valor da constante de velocidade para a descoloração (K d) do corante, de acordo com a Equação (1), seguindo o modelo cinético de pseudo-primeira ordem. ln ( C C 0 ) = k d t (1) O valor da constante foi de K d = 22,07x10-3 e de R 2 = 0, Já a Figura 4 apresenta a eficiência dos ciclos de reciclabilidade do adsorvente/catalisador.

5 RIBEIRO, J.; ARAÚJO D.; SOUSA, F.; CORREIA, L.; MACHADO FILHO, N.; NASCIMENTO, R. DAE, v 183, p. 4-8, TEZUKA, K.; KOGURE, M.; SHAN, J. Y. Catal. Commun., v. 48, p , THOMMES, M.; KANEKO, K.; NEIMARK, A.V.; OLIVIER, J.P.; RODRIGUEZ-REINOSO, F.; ROUQUEROL, J.; SING, K.S.W. Pure Appl. Chem. p. 1-19, Figura 4. Gráfico da reciclabilidade da CoFe 2O 4. Através da Figura 4, verificou-se que a perda de eficiência do material na descoloração do corante vermelho amaranto para cinco ciclos foi de 6%, comprovando que a ferrita de cobalto possui uma boa estabilidade. 4. CONCLUSÃO O espinélio apresentou uma boa eficiência na descoloração do corante vermelho amaranto nas condições experimentais trabalhadas combinando os processos de adsorção e foto-fenton. Pelo fato desta ferrita possuir propriedade magnética, foi possível recuperar e reutilizá-la no tratamento, revelando-se um adsorvente/catalisador com boa estabilidade e um promissor material para remover poluentes orgânicos de soluções aquosas. 6. REFERÊNCIAS COMBES, R.D.; HAVELAND-SMITH, R.B. Mut. Res., v 98, p , DOM, R.; SUBASRI, R.; RADHA, K.; BORSE P. H. Solid State Commun., v. 151, p , DU, Y.; MAB, W.; LIUA, P.; ZOUB, B.; MA, J. J. Hazard. Mater., v. 308, p , NGUYEN, T.A; JUANG, R.S. Chem. Eng. Sci., v. 219, p , 2013.

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