SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE SISTEMAS NANOPARTICULADOS

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1 SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE SISTEMAS NANOPARTICULADOS Amanda Schmaltz 1 (IC), Luciana Rebelo Guilherme 1 (PQ) 1 Universidade Estadual de Goiás Câmpus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas, Henrique Santillo/Curso de Bacharelado em Química Industrial CCET. a.schmaltz_7@hotmail.com Resumo: A nanotecnologia é o estudo de materiais (partículas ou átomos) em escalas nanométricas (ordem de 10-9 m). Materiais que são constituídos por nanopartículas apresentam uma grande área superficial por serem muito pequenos, os quais geralmente exibem propriedades mecânicas, ópticas, magnéticas ou químicas, distintas de partículas e superfícies macroscópicas. Com o objetivo de sintetizar e caracterizar nanopartículas de óxido de ferro foi realizado este estudo, para isto, sintetizou-se nanopartículas a partir de cloreto de ferro II tetrahidratado (FeCl2. 4H2O) e cloreto de ferro III hexahidratado (FeCl3. 6H2O), dando origem a magnetita (MA). Parte desta nanopartícula foi oxidada com nitrato de ferro III (Fe(NO3)3), transformando MA em maghemita (MG). Retirou-se parte das nanopartículas de MA e MG para a funcionalização com ácido láurico, dando origem a MAFAcL e MGFAcL. Para a retirada de íons em excesso realizou-se dialise em todas as amostras, em seguidas foram liofilizadas e realizou-se a caracterização por espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV), sendo possível observar a presença dos grupamentos COO -, proveniente do ácido láurico, e as bandas provenientes da absorção dos níveis vibracionais das ligações químicas entre o ferro e o oxigênio, sugerindo a eficácia da reação de oxidação de MA em MG. Palavras-chave: Óxido de ferro. Funcionalização. Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV). 1. Introdução Os óxidos de ferro podem ser encontrados na natureza em suas diversas formas físicas, sendo compostas por Fe e O e/ou OH, entre as variedades de óxidos de ferro encontra-se a goethita, magnetita, maghemita e hematita (SILVA; PINEDA; BERGAMASCO, 2014; OLIVEIRA; FABRIS; PEREIRA, 2013). Tanto a magnetita, quanto a maghemita apresentam propriedades magnéticas ferrimagnetistica, onde os momentos magnéticos são alinhados antiparalelamente e com diferentes magnitudes. Apresentando grande aplicações principalmente nas áreas biológicas e biomecânicas, por apresentarem baixa toxicidade e uma alta estabilidade (FERREIRA, 2009; OLIVEIRA; FABRIS; PEREIRA, 2013). As propriedades magnéticas da magnetita se devem justamente a presença dos íons Fe 2+, pois os spins do Fe 3+ dos sítios octaédricos se cancelam com os spins do Fe 3+ dos sítios tetraédricos. A presença de oxigênio pode fazer com que a

2 nanopartícula de magnetita se oxide e transforme em maghemita com o tempo (FERREIRA, 2009). As nanopartículas de óxidos de ferro (magnetita e maghemita) podem agir como ácidos de Lewis realizando ligações, coordenando, as bases de Lewis, isto se deve ao fato da presença na superfície de átomos de ferro que não estão ligadas aos átomos de oxigênios. Quando estão em sistemas aquosos a superfície pode obter um caráter positivo ou negativo dependendo do ph, outra característica é o ferro das nanopartículas que podem reagir formando um revestimento superficial, funcionalização, com grupos hidroxila provenientes da água (FERREIRA, 2009). Para a formação de fluidos magnéticos (ferrofluidos) é necessário a dispersão coloidal e a estabilização estérica via funcionalização das nanopartículas, evitando assim a agregação e sedimentação, além de conceder propriedades especificas as nanopartículas. Entre os materiais utilizados para a funcionalização encontra-se estabilizadores monoméricos (grupos funcionais como carboxilatos), poliméricos (dextran, polietileno glicol, álcool polivinílico, quitosana) e certos materiais inorgânicos (GARCÍA-CERDA et.al., 2003; FERREIRA, 2009). A nanotecnologia é portanto, o estudo de materiais (partículas ou átomos) em escalas nanométricas (ordem de 10-9 m), tendo como objetivo criar novos dispositivos e sistemas com propriedades e aplicações distintas dos materiais da atualidade (FERREIRA; RANGEL, 2009). Materiais que são constituídos por nanopartículas apresentam uma grande área superficial por serem muito pequenos, das quais geralmente exibem propriedades mecânicas, ópticas, magnéticas, físicas ou químicas, distintas de partículas e superfícies macroscópicas (TEIXEIRA et. al., 2014). 2. Metodologia 2.1. Síntese das nanopartículas de óxido de ferro (Fe3O4) Síntese das nanopartículas de Magnetita Para a preparação das nanopartículas de óxido de ferro foi necessário um béquer contendo 400 ml de água destilada, onde foram dissolvidos

3 aproximadamente 0,242 mol de FeCl2. 4H2O e 0,353 mol de FeCl3. 6H2O. Para uma melhor dissolução dos sólidos foi utilizado um agitador mecânico (510 rpm), depois desse procedimento ainda com o sistema em agitação foram acrescentados de maneira rápida cerca de 400 ml de hidróxido de amônio (27%). Após a adição do hidróxido de amônio o sistema ainda permaneceu em agitação por cerca de mais 10 minutos para a completa formação da magnetita (MA) que possui como característica uma coloração preta (KHALAFALLA et. al., 1980). Com o auxílio de um ímã de neodímio foi realizada a decantação da MA, a decantação levou em torno de 5 minuto. Feito a decantação retirou-se o sobrenadante (hidróxido de amônio) e realizou-se lavagens com água destilada. Esse procedimento foi repetido por mais 3 vezes (KHALAFALLA et. al., 1980). Após as lavagens, acresceu-se água destilada sob MA para mantê-la umedecida. A amostra MA foi então dividida em duas partes, uma das partes seria utilizada para formação da maghemita (MG) Síntese das nanopartículas de maghemita Para a produção de MG utilizou-se uma parte de MA que havia sido reservado como no item Realizou-se lavagens utilizando água destilada para retirar o excesso de amônia de MA. Após as lavagens MA foi mantida sob agitação mecânica, e adicionou-se 1 ml de uma solução 2 moll -1 de ácido nítrico (HNO3). Este sistema permaneceu sob agitação por aproximadamente 5 minutos. Com o sistema ainda sob agitação foram adicionados 240 ml de uma solução 0,35 moll -1 de Fe(NO3)3 permanecendo sob agitação e aquecimento (90 C) durante 3 horas, isto foi feito para a completa oxidação da MA, dando origem a uma amostra de coloração marrom avermelhada. Após oxidação das amostras (MG) novamente foram lavadas, 3 vezes com ácido nítrico (2 moll -1 ) e por último 1 vez com acetona, usando porções de 80 ml (VAN EWIJK et. al., 1999). Feito as lavagens acrescentou-se água destilada a MG, o que deu origem a um fluido magnético Funcionalização das nanopartículas de óxidos de ferro (Fe3O4) Funcionalização da Magnetita com Ácido Láurico

4 Utilizou-se uma parte de MA para funcionalização com Ácido Láurico. Primeiramente MA foi lavado com 100 ml de uma solução de hidróxido de amônio 5%. Com o auxílio de um imã de neodímio retirou-se o excesso de sobrenadante (KHALAFALLA et. al., 1980). Depois de lavada a amostra MA, o sistema foi mantido sob aquecimento (cerca de 90 C), pouco a pouco foi acrescentado ácido láurico, até completa funcionalização de MA, sob agitação constante. Por fim, acrescentou-se água destilada à dispersão, obtendo assim um fluido a base de magnetita funcionalizada com ácido láurico (MAFAcL) (KHALAFALLA et. al., 1980). Foram necessários aproximadamente 3,3 g de ácido láurico para a completa funcionalização da MA Funcionalização da Maghemita com Ácido Láurico De modo análogo a funcionalização da MA (item 2.2.1) foi feito para a MG, obtendo desta vez um fluido a base de maghemita funcionalizada com Ácido Láurico (MGFAcL), sendo necessário 2,2 g de ácido láurico Dialise Dividiu-se todos os fluidos (MA, MG, MAFAcL e MGFAcL) em dois, cada metade foi colocada separadamente em membrana semipermeável, estas foram submersas em água destiladas (separadamente) para troca de íons por osmose reversa, a água era trocada a cada 2 horas. Com o auxílio de um condutivímetro mediu-se a condutividade da água, quando as trocas iônicas entre o fluido e a água destilada entraram em equilíbrio encerrou-se a diálise. Feito as diálises, quatro amostras foram obtidas: Magnetita dialisada (MAD); Maghemita dialisada (MGD); Magnetita funcionalizada com ácido láurico dialisada (MAFAcLD); Maghemita funcionalizada com ácido láurico dialisada (MGFAcLD) Caracterização das nanopartículas Entre as técnicas de caracterização realizadas sob as nanopartículas de

5 óxidos de ferro foram: Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV); Espectroscopia de absorção atômica (AAS); Concentração de hidrogênio (ph). As análises de IV, AAS e ph foram realizados na Universidade Estadual de Goiás (UEG - CCET), no laboratório de análise instrumentais, o aparelho utilizado para o IV é da marca PerkinElmer modelo Spectrum Resultados e Discussão Na Tabela 1 estão apresentadas algumas características das amostras após síntese. Tabela 1 Características das amostras Amostras ph Concentração de íons ferro* mgml -1 MA 10,3 134,400 MG 1,4 36,320 MAFAcL 9,0 29,135 MGFAcL 9,1 22,900 MAD 9,0 41,1 MGD 4,2 32,935 MAFAcLD 7,4 11,570 MGFAcLD 8,0 17,675 *Legenda: resultado obtido por AAS de ferro. Para melhor avaliar e caracterizar as nanopartículas, realizou-se Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV), onde foi possível observar através das bandas de absorção a composição das amostras que estão representados no Anexo (Figura 1 e Figura 2). Observou-se bandas de absorção em torno de cm -1 provenientes da vibração da ligação Fe-O caracterizando as amostras como magnetita (banda 586 cm -1 ) contendo Fe 2+ ou maghemita (banda 630cm -1 e 586 cm -1 ) contendo Fe 2+ e Fe 3+ (LI et al., 2011), sendo possível observar a sobreposição dos spins provenientes do Fe 3+ na magnetita, portanto não apresentando bandas de absorção quando realizado o IV. Enquanto que as amostras de maghemita há a presença de

6 Fe 2+, observando portanto que a maghemita foi oxidada apenas na camada de fora, parte externa da nanopartícula. As bandas de absorção próximas as faixas de 3440 cm -1 e 1640 cm -1 são referentes as vibrações das ligações de -OH presentes nas superfícies dos óxidos hidroxilados e provenientes da adsorção de água dos óxidos de ferro, respectivamente (MA et al., 2003; MAITY et al., 2007), enquanto que as bandas de absorção próximas a 2920 cm -1 e 2840 cm -1 são referentes as ligações C-H com hibridização sp 3. Já a banda de absorção próximo a 1400 é referente ao ácido Láurico que foi utilizado para a funcionalização da magnetita e maghemita (YAMAURA et al., 2004). 4. Considerações Finais Foi possível a realização da síntese de óxidos de ferro, magnetita e maghemita, e a posterior funcionalização dos mesmos com ácido láurico, podendo ser observado através das bandas de absorção obtidas pela espectroscopia vibracional na região do infravermelho. Para melhor avaliar as características das nanopartículas pretende-se realizar potencial zeta e difração de raio X. 5. Agradecimentos Agradeço à UEG pela oportunidade e ao CNPq/PIBIT. 6. Referências FERREIRA, H. S.; RANGEL, M. C. Nanotecnologia: aspectos gerais e potencial de aplicação em catálise. Química Nova, v. 32, n. 7, p , FERREIRA, R. V. Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas funcionalizadas com núcleo magnético de magnetita. Universidade Federal de Minas Gerais - Instituto de Ciências Exatas. Departamento de Química. Belo Horizonte, GARCÍA-CERDA, L.A.; Rodríguez-Fernández, O.S.; Betancourt-Galindo, R.; Saldívar-Guerrero, R. Síntesis y propiedades de ferrofluidos de magnetite. Sociedad Mexicana de Ciencia de Superficies y de Vacio, v. 16, n. 1, p , 2003.

7 KHALAFALLA, S. E.; REIMERS, G. W. Preparation of dilution-stable aqueous magnetic fluids. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. v. 16, n. 2, LI, W. QIAO, X.; ZHENG, Q.; ZHANG, T. One-step synthesis of MFe2O4 (M= Fe, Co) hollow spheres by template-free solvothermal method. Journal of Alloy and Compounds, v. 9, p , MA, M.; ZHANG, Y.; YU, W.; SHEN, H.Y.; ZHANG, H.Q. GU, N. Preparation and characterization of magnetite nanoparticles coated by amino silane. Colloids and Surfaces A, v. 212, p , OLIVEIRA, Luiz C. A.; FABRIS, José D.; PEREIRA, Márcio C. Óxidos de ferro e suas aplicações em processos catalíticos: uma revisão. Química Nova, v. 36, n. 1, p , SILVA, J. R.; GUILHERME, L. R.; BRAGA, M. G.; PERES, M. A. L.; SILVA, J. O. Preparação de Fluído Magnético a Base de Nanopartículas Magnéticas. Ensaios Cienc., Cienc. Biol. Agrar. Saúde, v. 18, n. 1, p , TEIXEIRA, L. O.; ARAÚJO, E. L. M.; SOARES, A. M. B.; LIRA, R. C. A.; MEDEIROS, E. C. Nanotecnologia: um novo paradigma tecnológico aplicado as ciências da saúde. CONACIS - I Congresso Nacional de Ciências da Saúde - Avanços, interfaces e práticas integrativas, Cajazeras, VAN EWIJK, G. A.; VROEGE, G. J.; PHILIPSE, A. P. Convenient preparation methods for magnetic colloids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. v. 201, p , YAMAURA, M.; CAMILO, R.L.; SAMPAIO, L.C.; MACÊDO, M.A.; NAKAMURA, M.; TOMA, H.E. Preparation and characterization of (3-aminopropyl) triethoxysilanecoated magnetite nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 279, p , 2004.

8 7. Anexos 7.1. Figura 1 Amostras sem realização de diálise MA % Transmitância MG MAFAcL N de onda (cm -1 ) MGFAcL

9 7.2. Figura 2 Amostras com realização de diálise MAD MGD % Transmitância MAFAcLD MGFAcLD N de onda (cm -1 )