Síntese de ferrita de cobalto para aplicação na degradação de vermelho direto 80 via processo Fenton-like

Abstract

Os corantes são considerados tóxicos devido às suas estruturas complexas, especialmente os que apresentam grupos azo. Tais compostos são muito utilizados na indústria têxtil, que gerando grandes volumes de efluentes com alta carga orgânica. O lançamento desses efluentes em cursos d’água sem tratamento adequado pode gerar vários impactos ambientais. Portanto, processos de remoção dessas moléculas dos efluentes são muito importantes. As ferritas vêm sendo utilizadas para esse fim. Esses materiais apresentam propriedades superparamagnética, alta capacidade de adsorção, alta área específica, resistência ao calor e à corrosão. Neste sentido, este trabalho teve por objetivo sintetizar a ferrita de cobalto (CoFe2O4) pelo método de combustão e avaliar sua aplicação para degradação de azo corantes através de ensaios com o corante vermelho direto 80 (VD80). A CoFe2O4 foi caracterizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET), que mostraram estruturas esféricas com tamanho médio de 33 ± 12 nm. A Difração de Elétrons de Área Selecionada (SAED), assim como a difração de raio-X, mostraram os planos cristalinos característicos da CoFe 2O4. Os teores dos metais Co e Fe foram quantificados por Espectro de raios X de dispersão de energia (EDS) e Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES), apresentando uma razão de n(Co)/n(Fe) de 0,49. Por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), observou-se bandas relacionadas às ligações de Co-O (455cm-1) e Fe-O (523 cm-1). Por espectroscopia Raman observou-se picos relacionados a sítios octaédricos e tetraédricos e pela análise termogravimétrica (TG) observou-se que a CoFe 2O4 é termicamente estável. O material foi aplicado em ensaios de degradação do VD80 em meio aquoso, na presença de persulfato (PS), monitorando-se sua concentração por Espectrofotometria de Absorção Molecular UV/Vis. Nestes ensaios obteve-se 100% de remoção em 60 min, mesmo após 5 ciclos de reúso do material nas seguintes condições: [PS] = 20 mmol L-1, dose de CoFe2O4 = 1,00 g L-1, [VD80] = 10 mg L-1, pH =10 e temperatura 25 ºC. O modelo de pseudo segunda ordem foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, com k2= 0,07007 L mg-1 min-1. Os resultados sugerem que a degradação ocorreu predominantemente via radical superóxido e oxigênio singleto. Por fim a presença de luz UV acelerou o processo, com k2= 1,54093 L mg-1 min-1. Palavras-chave: Nanopartículas. Corante têxtil. Azo-corante. Processos Oxidativos Avançados. Foto-Fenton.

Dyes are considered toxic due to their complex structures, especially those containing azo groups. Such compounds are widely used in the textile industry, generating large volumes of effluents with a high organic load. The discharge of these untreated effluents into water bodies can lead to various environmental impacts. Therefore, processes for removing these molecules from effluents are of great importance. Ferrites have been used for this purpose. These materials exhibit superparamagnetic properties, high adsorption capacity, high specific surface area, heat resistance, and corrosion resistance. In this regard, this study aimed to synthesize cobalt ferrite (CoFe2O4) using the combustion method and evaluate its application for the degradation of azo dyes through experiments with Direct Red 80 dye (DR80).CoFe 2O4 was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM), revealing spherical structures with an average size of 33 ± 12 nm. Selected Area Electron Diffraction (SAED), as well as X-ray diffraction, showed the characteristic crystal planes of CoFe2O4. The Co and Fe metal contents were quantified by Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP- OES), resulting in a Co/Fe ratio of 0.49. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) identified bands related to Co-O (455 cm-1) and Fe-O (523 cm-1) bonds. Raman spectroscopy revealed peaks related to octahedral and tetrahedral sites, while thermogravimetric analysis (TG) confirmed the thermal stability of CoFe2O4. The material was applied in degradation tests of DR80 in an aqueous medium in the presence of persulfate (PS), with its concentration monitored by UV/Vis Molecular Absorption Spectrophotometry. These tests achieved approximately 100% removal in 60 minutes, even after 5 cycles of material reuse under the following conditions: [PS] = 20 mmol L-1, CoFe2O4 dose = 1.00 g L-1, [DR80] = 10 mg L-1, pH = 10, and temperature = 25 ºC. The pseudo-second-order model best fit the experimental data, with k2 = 0.07007 L mg-1 min-1. The results suggest that degradation primarily occurred via superoxide and singlet oxygen radicals. Lastly, the presence of UV light accelerated the process, with k2 = 1.54093 L mg-1 min-1.Keywords: Nanoparticles. textile dye. Azo dye. Advanced Oxidation Processes. Photo-Fenton.