UTILIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA FUNCIONALIZADAS COM GRUPOS NITROGENADOS COMO SUPORTE PARA IMOBILIZAÇÃO DE CORANTES André Cavalcante de Lima 1 ; Lucas Samuel Soares dos Santos 2 1 Aluno do Curso de Química Ambiental; Campus de Gurupi; e-mail: andrevopi@hotmail.com PIBIC/Edital integrado Pesquisa/Extensão 2 Orientador do Curso de Química Ambiental; Campus de Gurupi; e-mail: lsantos@uft.edu.br RESUMO Existem registros do uso de nanoparticulas bem antes do desenvolvimento da ciência moderna, mas só no último século elas começaram a ser estudadas de forma mais cuidadosa. Neste trabalho, foram estudadas as nanoparticulas de sílica. A literatura descreve diversos métodos de síntese dessas nanoestruturas. Entretanto, o método utilizado foi o da micela reversa por apresentar baixos custos experimentais e ser de fácil operação. Como precursor de silício foi utilizado o Tetraetilortosilicato (TEOS) e para a formação das micelas utilizou-se o agente tensoativo Triton X-100. Neste método, as nanoparticulas de sílica são formadas dentro das micelas. Primeiramente ocorrem as reações de condensação dos grupos silanóis (Si-OH), que reagem entre si formando uma rede de ligações de siloxanos (Si-O-Si) que conferem a estrutura das nanopartículas de sílica. Posteriormente há a incorporação de grupos aminos na superfície das nanoparticulas. Em seguida, fez-se um tratamento ácido nas mesmas a fim de conferir cargas positivas à superfície do material. Desta forma, o grupo nitrogenado carregado positivamente pôde atuar como sítio de adsorção para o complexo aniônico ftalocianina de cobre tetrasulfonada na superfície das nanopartículas de sílica. Palavras-chave: nanoparticulas; sílica; ftalocianina Página 1
INTRODUÇÃO Atualmente nanoparticulas de sílica podem ser obtidas de fontes naturais, porém, muitas impurezas são conferidas a elas, por esse motivo existe a necessidade de sintetizá-las a partir de outros precursores para obter produtos com maior pureza (RAHMAN; PADAVETTAN, 2012, p. 2). Existem vários métodos de síntese de nanoparticulas, dentre os quais, temos o método de micela reversa. Ele consiste na dissolução de um agente tensoativo para a formação das micelas. Quando em água, as partes polares são arranjadas de maneira a formar microcavidades contendo água em seu interior. (RAHMAN; PADAVETTAN, 2012, p. 2). Dessa maneira, as nanoparticulas podem ser cultivadas dentro destas cavidades. O grande desafio desse método é que as nanopartículas sintetizadas apresentam forte tendência de formar aglomerados, prejudicando assim, o seu grau de dispersão e consequentemente a sua área superficial. Para superar esse desafio, uma alternativa é a inserção de grupos funcionais na superfície das nanopartículas. Estes grupos podem auxiliar na dispersão através de efeito estérico e por efeito de repulsão eletrostática (MA; et al, 2010, p. 172). A funcionalização da superfície das nanopartículas com grupos nitrogenados apresenta uma proposta interessante para este fim. Nestes materiais, o nitrogênio pode atuar como sítio de adsorção de corantes e complexos metálicos (ROSA, 2009, p. 38). Este projeto aborda o estudo da síntese de nanoparticulas de sílica pelo processo de micelas reversas e a funcionalização da superfície destas. Também será abordado o estudo da imobilização de complexos metálicos na superfície da sílica. Neste caso, o grupo nitrogenado deve agir como sítio de adsorção da ftalocianina de cobre tetrasulfonada. MATERIAL E MÉTODOS Os reagentes Tetraetilortosilicato (TEOS) e Triton X-100 foram adquiridos pela Sigma- Aldrich. Todos os demais reagentes utilizados no experimento eram de grau analítico. Foi produzida uma mistura de 40,0 ml de triton X-100, 219,3 ml de hexano, 11,6 ml de água destilada, 45,3 ml de álcool isobutilico e 2,4 ml de amônia em um balão volumétrico. Esta mistura foi mantida sob agitação magnética por 30 minutos. Adicionou-se 2,4 ml de TEOS. Após 20 min, foram adicionados 0,2 ml de amino-propil-trimetoxisilano e deixou-se o sistema sob agitação por 24 horas. O sólido obtido foi centrifugado a 4000 rpm por 10 min e lavado com etanol. Esta última etapa foi repetida por 4 vezes. O Página 2
sólido obtido foi seco à temperatura ambiente. Para a protonação dos grupos amino (-NH 2 ) para (NH + 3 ) foi feito um tratamento ácido adicionando 0,5 g de sílica funcionalizada a 0,5 L de uma solução 0,1 mol L -1 de HCl. O material obtido foi denominado SiNP-NH + 3. A imobilização de ftalocianina tetrassulfonada de cobre na superfície das nanopartículas foi realizada colocando 0,1 g do material SiNP-NH + 3. Em 50 ml de solução de 1x 10-5 mol L -1 de ftalocianina de cobre. O material obtido foi designado como SiNP-CuPc. RESULTADOS E DISCUSSÃO O método da microemulsão inversa foi realizado utilizando uma mistura do polímero tensoativo (triton X-100), álcool iso-butílico, hexano como fase apolar, amônia como catalisador e água destilada como fase polar. Como o precursor de silício (TEOS) foi posto em um meio aquoso, o mesmo sofreu hidrólise, formando os grupos silanóis. Estes conferem um caráter polar à sílica, que tende a interagir com a parte polar do reagente triton X-100. Dessa forma, as micelas inversas são formadas e atuam como pequenos reatores que estabilizam a formação das nanoparticulas (BAGWE; et al, 2006, p 4358). Dentro das microemulsões inversas ocorreram as reações de condensação, onde os grupos silanóis (Si-OH) reagem entre si formando uma rede de ligações de siloxanos (Si-O-Si). Assim a estrutura das nanopartículas é formada. Na segunda etapa de síntese ocorreu a funcionalização da superfície com grupos amino ( NH 2 ). O precursor utilizado foi o 3-aminopropil trimetoxisilano. Segundo a literatura Bagwe et al. (2006) é necessário a adição de TEOS e do precursor nitrogenado para a formação de novos grupos silanóis. Estes reagem com o 3-aminopropil trimetoxisilano, funcionalizando a superfície das nanoparticulas. A etapa seguinte envolveu o tratamento ácido das nanopartículas funcionalizadas. Dessa forma ocorreu a protonação dos grupos amino para formação de grupos amônio (-NH + 3 ) na superfície conforme a figura 1 (HAMOUDI; SAAD; BELKACEMI 2007, p. 8806). A presença da carga positiva nesse grupo permite a imobilização de espécies catiônicas na superfície das nanopartículas. Este mecanismo pôde ser utilizado para adsorver a ftalocianina tetrasulfonada de cobre à superfície da sílica. Estudos mostraram que ocorre a adsorção num grau satisfatório. O material resultante poderá ser Página 3
empregado para diversas aplicações, dentre as quais destacamos o desenvolvimento de sensores eletroquímicos. Figura 1. Representação da superfície da nanoparticula funcionalizada com grupos amino e amônio. De acordo com o descrito na literatura, acredita-se que as nanopartículas foram sintetizadas com sucesso. Estudos qualitativos apontaram que a funcionalização das nanopartículas ocorreu com sucesso e as mesmas agiram como adsorvente para a Ftalocianina de cobre tetrasulfonada. No entanto, faz-se necessário o uso de técnicas de caracterização para melhor caracterização. Até o presente momento somente resultados preliminares foi possível realizar estudos de síntese dos materiais, e somente resultados preliminares foram alcançados. Isto ocorreu devido a dificuldades com relação à infraestrutura disponível e disponibilidade de reagentes. Entretanto, medidas de microscopia eletrônica de transmissão e eletroquímicas devem ser realizadas a fim de caracterizar adequadamente os materiais obtidos. LITERATURA CITADA ALVES. M. M; et al. Preparação de nanopartículas de prata e ouro: um método simples para a introdução da nanociência em laboratório de ensino. Química Nova, São Paulo Vol 35, n 9.2012 RAHMAN, I.; PADAVETTAN, V. Synthesis of Silica Nanoparticles by Sol-Gel: Size- Dependent Properties, SurfaceModification, and Applications in Silica-Polymer Nanocomposites A Review. Journal of Nanomaterials, Vol 2012. 2012 Página 4
MA, X.; et al. Surface modification and characterization of highly dispersed silica nanoparticles by a cationic surfactant. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol 358. 2010, p. 172-176 ROSA, S..Adsorção De Corantes Reativos Utilizando Sal quaternário De Quitosana Como Adsorvente. Tese de doutorado - Universidade Federal De Santa Catarina. Florianópolis 2009. BAGWE, R. P.; et al. Surface Modification of Silica Nanoparticles to Reduce Aggregation and Nonspecific Binding. Langmuir,Vol 22. 2006. Pag 4357-4362 AIROLDI, C.; FERNANDES R. O Uso De Sílica Gel Organofuncionalizada Como Agente Sequestrante Para Metais. Química Nova, 2000, p. 496. HAMOUDI, S.; SAAD, R.; BELKACEMI, K. Adsorptive Removal of Phosphate and Nitrate Anions from Aqueous Solutions Using Ammonium-Functionalized Mesoporous Silica. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, p. 8806-8812 AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com o apoio da UFT. Página 5