Síntese e caracterização de nanomateriais aplicados na remoção de corantes têxteis

Abstract

Neste trabalho, foram sintetizadas nanopartículas magnéticas de cobalto (NPsCo) pelo método químico, usando o borohidreto de sódio como agente redutor. As NPsCo foram caracterizadas e o teor de Co encontrado nas NPsCo, foi de 60,38 % (m/m). Os resultados de Difração de Raios X (DRX) e Espectroscopia Raman indicaram a presença de Co 0 e CoO na composição do material, sendo confirmado por Análise Termogravimétrica acoplado à Espectrometria de Massas (TG-EM). As imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) demonstram que as NPsCo apresentam um tamanho inferior a 10 nm, uma morfologia esférica e uma alta capacidade de aglomeração. A partir dos resultados obtidos pela adsorção/dessorção de nitrogênio, foi possível verificar que o nanomaterial apresentou característica mesoporosa, com baixa área superficial (15,70 m 2 g -1 ), um volume e diâmetro de poros de 0,072 cm 3 g -1 e 3,64 nm, respectivamente. As NPsCo foram utilizadas no processo de remoção do corante têxtil Amarelo Ouro Remazol (RNL) em solução aquosa, apresentando elevada eficiência, atingindo aproximadamente 100 % de remoção em apenas 30 minutos de reação. Estudos cinéticos da remoção do RNL por NPsCo foram realizados, avaliando diferentes parâmetros como a concentração do RNL, massa de NPsCo e temperatura. Os resultados melhor se ajustaram ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem. A constante de velocidade observada (k obs ) variou de 0,0026 para 0,0264 min -1 quando a massa das NPsCo foi aumentada de 0,0100 para 0,0250 g, e de 0,0152 para 0,0420 min -1 quando a concentração de RNL aumentou de 300,0 para 1000 mg L -1 . Finalmente, quando a temperatura aumentou de 25,0 para 55,0 °C, o k obs diminuiu de 0,0152 para 0,0057 min -1 . Observou-se também que o processo de remoção pode ser alterado dependendo da condição experimental. Em condições ácidas, a degradação redutiva é prevalecida, enquanto que em condições básicas a remoção ocorre por dois processos simultâneos, degradação redutiva e adsorção. Por fim, aplicou-se as NPsCo em amostra de efluente têxtil bruto, apresentando uma alta descoloração de aproximadamente 88 %, porém, a diminuição da concentração de DQO foi de apenas 32 %. Os resultados demonstraram que as NPsCo são promissoras na remediação de corantes têxteis, além de apresentar propriedades magnéticas facilitando a sua remoção do sistema.

In this work, cobalt magnetic nanoparticles (CoNPs) were synthesized by chemical reduction method using sodium borohydride as a reducing agent. CoNPs were characterized and the Co content found in the CoNPs was 60.38% (m/m). Analysis of X-ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy indicated the presence of Co 0 and CoO in the composition of the material, confirmed by Thermogravimetric Analysis coupled to Mass Spectrometry (TG-MS). Images obtained by Transmission Electron Microscope (TEM) showed that the CoNPs have a size smaller than 10 nm, sphere morphology, and high agglomeration capacity. From the results obtained by Nitrogen adsorption-desorption, it was possible to verify that the nanomaterial presented mesoporous characteristic, low specific surface area (15.70 m 2 g - 1 ), pore volume and pore diameter of 0.072 cm 3 g -1 e 3.64 nm, respectively. CoNPs were used to remove the Remazol golden yellow RNL (RGY) from aqueous solution. The results showed high efficiency, reaching almost 100% removal in 30 minutes reaction. Kinetic studies of RGY removal by CoNPs were performed, evaluating different parameters such as RGY concentration, CoNPs mass, and temperature. The results showed that the reaction followed a pseudo-second-order kinetics. The reaction rate constant (k obs ) varied from 0.0026 to 0.0264 min -1 when the nanoparticles mass was an increase from 0.0100 to 0.0250 g. The k obs varied from 0.0152 to 0.0420 min - when RNL concentration increased from 300.0 to 1000 mg L -1 . Finally, when the temperature increased from 25.0 to 55.0 °C the k obs varied from 0.0152 to 0.0057 min -1 . It has also been observed that the removal process can be altered depending on the experimental condition. Under acidic conditions, the reductive degradation is prevailed, while in basic conditions two simultaneous processes occur, reductive degradation and adsorption. Finally, NPsCo were applied in the textile wastewater. The results showed a high discoloration, reaching almost 88 %, however, the COD concentration decrease was only 32 %. Therefore, the CoNPs are very efficient to remove of textile dyes from aqueous solution, besides presenting magnetic properties facilitating their removal from the system.