Síntese, caracterização e funcionalização com fosfato de nanopartículas de óxido de ferro. Leandro Coelho Fonseca 1* (IC), Luciana Rebelo Guiherme 1 (PQ), Maria Joselma de Moraes 1 (PQ). *e-mail: leandroethalles@hotmail.com 1 Universidade Estadual de Goiás Campus de Ciências Exatas e Tecnológicas. Anápolis-Goiás, Brasil. As nanopartículas de óxido de ferro têm sido amplamente estudadas devido à sua fácil síntese e seu alto potencial de aplicação. A possibilidade de incorporação de vários tipos de moléculas na superfície de uma única nanopartícula faz com que sua aplicabilidade dentro da indústria seja variável. Tais nanopartículas podem ser aplicadas como carreadores de medicamentos, como pigmento, ressonância magnética de imagem para o diagnóstico clínico, material de gravação e catalisador, entre outras aplicações. Nesse trabalho nanopartículas de óxido de ferro foram sintetizadas, oxidadas para maguemita e funcionalizadas com fosfato. Através de uma espectroscopia de absorção atômica foi possível determinar a concentração de ferro nos fluidos sintetizados, que foram de 6,3 g.l -1 e 1,3 g.l -1, para a maguemita pura e maguemita funcionalizada com fosfato, respectivamente. A presença do fosfato na amostra tratada com ácido fosfórico foi determinada através de uma espectroscopia na região do infravermelho, na qual se observou uma banda entre 1015 cm -1 referente a um estiramento assimétrico de PO 3-4. Palavras-chave: Óxido de ferro. Funcionalização. Fosfato. Introdução O Ferro é o elemento mais abundante da terra e compõe cerca de 35% da massa total do planeta, sendo que a maior parte de Ferro presente na crosta terrestre é encontrado na forma de Fe 2+, mas é rapidamente oxidada na superfície a Fe 3+. Em quase todos os tipos de solos encontra-se vestígios de Ferro e o minério de maior ocorrência natural são: Hematita (70% de massa em Ferro), Goethita (63% de massa em Ferro) e Magnetita (72% de massa em Ferro). Tais óxidos representam uma família cujas propriedades são muito interessantes e suas aplicações são diversas (OLIVEIRA; FABRIS; PEREIRA, 2013). Existem 16 diferentes óxidos de ferro (como por exemplo goetita, wustita, lepidocrocita, ferridrita, feroxita, bernalita, e os mais comumente estudados hematita, magnetita, maghemita). Tais compostos podem ser também hidróxidos de ferro e
óxi-hidróxidos de ferro, sendo todos estes compostos por ferro juntamente com oxigênio e/ou OH. Na maioria dos compostos, o ferro está no estado trivalente, porém, dentre eles três compostos, FeO, Fe (OH) 2 e Fe 3 O 4, contêm Fe(II) (SILVA; PINEDA; BERGAMASCO, 2014). Há diferentes maneiras de se preparar nanopartículas de Fe 3 O 4, que foram relatadas em outros trabalhos, como a descarga de arco, trituração mecânica, a ablação por laser, microemulsões e alta temperatura de decomposição dos precursores orgânicos (SUN et al., 2004). Estes métodos podem ser capazes para preparar magnetita com partículas de diâmetros diferentes. Como um método conveniente e barato, o método de coprecipitação tem o potencial de satisfazer o aumento da demanda para a preparação direta de nanopartículas Fe 3 O 4 e oferecer uma baixa temperatura alternativa ao pó convencional (SUN et al., 2007). Recentemente, vários pesquisadores têm concentrado seus estudos em óxidos de ferro, devido a seus usos potenciais, como pigmento, ressonância magnética de imagem para o diagnóstico clínico, material de gravação e catalisador, entre outras aplicações (HAFELI et al., 1997). Tendo em vista os aspectos observados percebe-se que é necessário um estudo aprofundado sobre as nanopartículas de óxido de ferro, bem como uma possível reação entre as nanopartículas e o fosfato. Material e Métodos Uma amostra de solução aquosa de magnetita foi preparada usando o método da coprecipitação. Neste método, FeCl 2.4H2O e FeCl 3.6H2O foram dissolvidos em água. As soluções foram combinadas em um béquer e adicionou-se uma solução de hidróxido de amônio 28%, em agitação mecânica (KHALAFALLA; REIMERS, 1980). Para a oxidação da magnetita para maguemita, adicionou-se HNO 3 2 mol/l e Fe(NO 3 ) 3 a 0,35 mol/l, agitando mecanicamente à sua temperatura de ebulição durante uma hora (EWIJK; VROEGE; PHILIPSE, 1999). No processo de funcionalização das nanopartículas adicionou-se H 3 PO 4 (0,1 mol/l) à amostra de maghemita e o sistema foi deixado sob agitação magnética durante uma semana.
Para a determinação da concentração de ferro as amostras foram dissolvidas em Ácido Clorídrico PA (sob aquecimento) e transferidas para balões volumétricos. Em seguida foi feito o espectro de Absorção Atômica utilizando o Espectrofotômetro de Absorção Atômica PerkinElmer do CCET/UEG. Para análises no infravermelho as amostras foram secas por liofilização e em seguida feita a espectroscopia na região do Infravermelho (em pastilhas de KBr), utilizando um Espectrofotômetro na Região do Infravermelho PerkinElmer do CCET/UEG. Resultados e Discussão Foi possível realizar a síntese e oxidação das nanopartículas de óxido de ferro. As concentrações de ferro foram determinadas a partir de uma espectroscopia de absorção atômica. Os valores de concentrações encontrados foram de 6,3 g.l -1 e 1,3 g.l -1 para as amostras de Maghemita e Maghemita tratada com fosfato, respectivamente. A concentração de Ferro foi menor na amostra tratada com fosfato pois, provavelmente se perdeu muito precipitado na retirada do sobrenadante (contendo ácido fosfórico). Para a caracterização das amostras utilizou-se a espectrofotômetro na região do Infravermelho, obtendo os espectros abaixo. Figura 1: Espectro na região do infravermelho da amostra de Maghemita. Figura 2: Espectro na região do infravermelho da amostra de Maghemita com Fosfato. Algumas bandas podem ser observadas na região de alta frequência dos espectros (Figura 1 e 2), uma próximo a 3400 cm-1 referente ao estiramento O-H (νo-h) e outra banda em torno de 1634 cm -1 referente a deformação angular de moléculas de água (δoho) presente na superfície de ambas amostras de
maghemita (pura e tratada com fosfato). Na região de baixa frequência foram observadas algumas bandas em torno de 571 cm-1, 633 cm -1 e 430 cm -1. A banda localizada em torno de 571 cm -1 é referente a deformação Fe-O em sítios octaédricos (Oh) e tetraédricos (Td) e a banda próximo a 430 cm -1 é referente a deformação Fe-O apenas em sítios octaédricos (SILVA, 2012). Também foi possível observar a presença de fosfato na Maghemita após o tratamento com ácido Fosfórico. A banda em 1015 cm-1, no espectro da amostra tratada com fosfato (Figura 2), representa um estiramento assimétrico de PO 3-4, comprovando assim a presença de fosfato na amostra (WLADYMYR et al., 2013). Na Figura 1 observa-se uma banda em 1386 cm-1 e na Figura 2 uma banda em 1383 cm -1. Ambas bandas representam vibrações no ânion NO 3-, proveniente do Nitrato de Ferro utilizado no processo de oxidação da Magnetita para Maghemita (MATTOS et al., 2002). Considerações Finais Foi possível sintetizar, oxidar e funcionalizar as nanopartículas de óxido de ferro. A presença do fosfato na amostra tratada com ácido fosfórico foi comprovada através de uma espectroscopia na região do infravermelho, na qual se observou bandas provenientes de estiramentos de PO 3-4. Agradecimentos CNPQ, a UEG e in memoriam ao professor Khalil Skeff Neto. Referências EWIJK, G. A.; VROEGE, G. J.; PHILIPSE, A. P. Convenient preparation methods for magnetic colloids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 201, n. 1-3, p. 31 33, 1999. HAFELI, U.; SCHU TT, W.; TELLER, J.; ZBOROWSKI, M. Scientific and Clinical Applications of Magnetic Microspheres. Plenum Press, 1997. KHALAFALLA, S.; REIMERS, G. Preparation of dilution-stable aqueous magnetic fluids. IEEE Transactions on Magnetic, v. 16, n. 2, p. 178 183, 1980. MATTOS, E. C.; VIGANÓ, I.; GOMES, E.; DUTRA, R. C. L.; DINIZ, M. F. Aplicação de metodologias FTIR de transmissão e fotoacústica à caracterização de materiais altamente energéticos. Quimica Nova, v. 25, n. 5, p. 722 728, 2002. OLIVEIRA, L. C. A.; FABRIS, J. D.; PEREIRA, M. C. Óxidos De Ferro E Suas Aplicaões Em Processos Catalíticos: Uma Revisão. Química Nova, v. 36, n. 1, p.
123 130, 2013. SILVA, M. F.; PINEDA, E. A. G.; BERGAMASCO, R. Application of Nanostructured Iron Oxides As Adsorbents and Photocatalysts for Wastewater Pollutant Removal. Química Nova, v. 38, n. 3, p. 393 398, 2014. SILVA, M. O. Succinato de ródio (II): Síntese, caracterização e adsorção em nanoparticulas de maghemita. Dissertação de mestrado. Instituto de química da Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 2012. SUN, J.; ZHOU, S.; HOU, P.; YANG, Y.; WENG, J.; LI, X.; LI, M. Synthesis and characterization of biocompatible Fe3O4 nanoparticles. Journal of Biomedical Materials Research Part A, v. 80, n. 2, p. 333 341, 2007. SUN, Y.-K.; MA, M.; ZHANG, Y.; GU, N. Synthesis of nanometer-size maghemite particles from magnetite. Colloids Surf A: Physicochem Eng Aspects, v. 245, p. 15 19, 2004. WLADYMYR, J. B. S.; CARDOSO, M. J. B.; ALMEIDA, K. V.; NASCIMENTO, E. P.; FARIAS, K. A. S.; FOOK, M. V. L. Desenvolvimento de compósitos a base de quitosana/fosfato de cálcio. Revista Eletrônica de Materiais e Processo, v. 8, n. 3, p. 136 140, 2013.