Desenvolvimento de nova rede metalorgânica à base de níquel [Ni(BDC)x]n para extração de corantes em pescado

Abstract

Este estudo reporta a síntese, caracterização e aplicação de uma rede metalorgânica ([Ni(BDC)x]n) à base de níquel (Ni) e ácido 1,4- benzenodicarboxílico (BDC) como adsorvente alternativo para a extração de dois corantes (i) violeta cristal, (VC, catiônico), e (ii) vermelho congo (VG, aniônico) em pescado (camarão e peixe), usando a técnica de dispersão da matriz em fase sólida (MSPD) para aplicação analítica. Para isso, uma análise multivariada, envolvendo um planejamento fatorial 23 e um delineamento composto central (DCC), foi realizada para definir as condições ótimas de extração. Nesse estudo, três fatores foram avaliados: (i) proporção metanol/água (1:4; 1:1; 4:1, v/v); (ii) natureza do adsorvente (alta, média e baixa polaridade) e a razão adsorvente:amostra (1:1; 1:5 e 1:10 m/m). Para a análise multivariada, três adsorventes comerciais com diferentes polaridades foram inicialmente avaliados: (i) carvão ativado (baixa polaridade), (ii) alumina neutra (média polaridade) e (iii) sílica gel (alta polaridade). Como resultado, foi observado que o material foi sintetizado com sucesso, sendo evidenciado por dados de espectroscopia de infravermelho, difratometria de raio X e microscopia eletrônica de varredura. Além disso, análise termogravimétrica evidenciou alta estabilidade térmica do material preparado. Em relação à otimização multivariada, foi observado que usando a proporção metanol/ água 4:1(v/v), razão (m/m) de 1:3 de material/amostra e a utilização de adsorvente de média (alumina neutra) a alta polaridade (sílica gel) apresentaram as melhores condições de extração dos corantes nas amostras de camarão e peixe. O material sintetizado foi avaliado usando as condições otimizadas. Pelos estudos de isoterma de adsorção, observou-se que o material sintetizado ([Ni(BDC)x]n apresentou menor afinidade com o corante catiônico VC (qmax=0,6691 mg g-1, R2= 0,9863), quando comparado com o corante aniônico VG, (qmax=9,1158 mg g-1, R2=0,9679). O estudo cinético sugeriu uma adsorção seguindo um modelo pseudo-segunda ordem (R2 = 0,75052) para VC e modelo de pseudo primeira ordem (R2=0,97629) para VG. O método analítico espectrofotométrico proposto foi validado, obtendo satisfatórios limite de detecção (<0,101 mg L-1 ) e limite de quantificação (<0,337 mg L-1) para os corantes, com uma faixa de trabalho variando de 1 a 10 mg L-1 e R2 > 0,9984. Palavras-chave: Poluentes emergentes, Corantes, Dispersão da matriz em fase sólida (MSPD), matrizes alimentícias, Redes metalorgânicas (MOFs)

This study reports the synthesis, characterization, and application of a metal- organic framework ([Ni(BDC)x]n) based on nickel (Ni) and 1,4- benzenedicarboxylic acid (BDC) as an alternative adsorbent for the extraction of two dyes: (i) crystal violet (VC, cationic) and (ii) congo red (VG, anionic) from fish (shrimp and fish) using the matrix solid-phase dispersion (MSPD) technique. For this purpose, a multivariate analysis involving a 23 factorial design and a central composite design (CCD) was performed to define the optimal extraction conditions. In this study, three factors were evaluated: (i) methanol/water ratio (1:4, 1:1, 4:1, v/v); (ii) nature of the adsorbent (high, medium, and low polarity), and the adsorbent:sample ratio (1:1, 1:5, and 1:10 w/w).For the multivariate analysis, three commercial adsorbents with different polarities were initially evaluated: (i) activated carbon (low polarity), (ii) neutral alumina (medium polarity), and (iii) silica gel (high polarity). The successful synthesis of the material was confirmed by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. Additionally, thermogravimetric analysis revealed high thermal stability of the prepared material. Concerning the multivariate optimization, it was observed that using the methanol/water ratio 4:1 (v/v) and a material/sample ratio of 1:3, along with the use of a medium polarity adsorbent (neutral alumina) and high polarity adsorbent (silica gel), presented the best extraction conditions for the dyes in shrimp and fish samples. The synthesized material was evaluated using the optimized conditions. From the adsorption isotherm studies, it was observed that the synthesized material ([Ni(BDC)x]n) exhibited lower affinity with the cationic dye VC (qmax=0.6691 mg g-1, R2=0.9863) compared to the anionic dye VG (qmax=9.1158 mg g-1, R2=0.9679). Kinetic studies suggested an adsorption following a pseudo-second-order model (R2=0.75052) for VC and a pseudo- first-order model (R2=0.97629) for VG. The proposed method was validated, obtaining satisfactory limit of detection (<0.101 mg L-1) and limit of quantification (<0.337 mg L-1) for the dyes, with a working range varying from 1 to 10 mg L -1 and R2=>0.9984. Keywords: Emerging pollutants, Dyes, Matrix solid-phase dispersion (MSPD), Food matrices, Metal-organic frameworks (MOFs).