Preparo de organocompósitos magnéticos modificados com β-ciclodextrina e suas aplicações na remoção de compostos fenólicos

Abstract

Os novos adsorventes magnéticos de hidrotalcita-óxido de ferro modificada com dodecilsulfato e β-ciclodextrina (Fe/HT-DS/β-CD) e quitosana-óxido de ferro reticulada com epicloridrina modificada com etilenodiamina e β-ciclodextrina (Fe/QTR-EDA/β-CD) foram avaliados na remoção de compostos fenólicos de solução aquosa. Os materiais apresentam a vantagem de serem facilmente removidos de solução aquosa pela aplicação de um campo magnético. De acordo com os resultados obtidos nos estudos de adsorção em batelada para Fe/HT-DS/β-CD e Fe/QTR-EDA/β-CD, a cinética de adsorção segue o modelo de peseudo-segunda ordem (R 2 > 0,99). A capacidade máxima de adsorção do fenol, p-nitrofenol e p-cresol pelo Fe/HT-DS/β- CD foi de 216,08 mg g -1 , 255,63 mg g -1 e 272,48 mg g -1 , respectivamente, e a capacidade máxima de adsorção do fenol, p-nitrofenol e p-cresol pelo Fe/QTR-EDA/β-CD foi de 243,08 mg g -1 , 274,24 mg g -1 e 298,35 mg g -1 , respectivamente, em pH 6 e 25 o C. Os parâmetros termodinâmicos indicam que a adsorção é espontânea para os dois adsorventes, endotérmica para Fe/HT-DS/β-CD e exotérmica para Fe/QTR-EDA/β-CD. Os adsorventes mostraram-se eficientes em até 5 ciclos consecutivos de reutilização. O catalisador magnético inédito Fe/HT- β-CD/TiO 2 foi sintetizado com sucesso e utilizado na fotodegradação de fenol como composto modelo. O fotocatalisador teve seu desempenho catalítico avaliado em um fotorreator equipado com uma lâmpada UV-vis (filtro de corte para > 300 nm). O fotocatalisador apresentou uma eficiência de degradação de fenol de 95% em soluções aquosas à 50 mg L -1 e uma redução do carbono orgânico total (COT) de 70%, em 180 min. Os materiais sintetizados foram aplicados na remoção de compostos fenólicos de amostras de água de rio e efluente de indústria de celulose e papel e mostraram-se eficientes, sendo promissores para aplicações práticas. Palavras-chave: β-ciclodextrina. Compostos fenólicos. Adsorção. Fotocatálise. Separação magnética.

The new magnetic adsorbents of hydrotalcite-iron oxide modified with dodecyl sulfate and β- cyclodextrin (Fe/HT-DS/β-CD) and chitosan-iron oxide cross-linked with epichlorohydrin and modified with ethylenediamine and β-cyclodextrin (Fe/QTR-EDA/β-CD) were evaluated in the removal of phenolic compounds from aqueous solution. The materials have the advantage of being easily removed from the aqueous solution by applying a magnetic field. According to the results obtained in batch adsorption studies for Fe/HT-DS/β-CD and Fe/QTR-EDA/β-CD, the adsorption kinetics follow the second-order model (R 2 > 0.99). The maximum adsorption capacity of phenol, p-nitrophenol and p-cresol by Fe/HT-DS/β-CD was 216.08 mg g -1 , 255.63 mg g -1 and 272.48 mg g -1 , respectively, and the maximum adsorption capacity of phenol, p- nitrophenol and p-cresol by Fe/QTR-EDA/β-CD was 243.08 mg g -1 , 274.24 mg g -1 and 298.35 mg g -1 , respectively, at pH 6 and 25 o C. The thermodynamic parameters indicate that the adsorption is spontaneous for the two adsorbents, endothermic for Fe/HT-DS/β-CD and exothermic for Fe/QTR-EDA/β-CD. The adsorbents were shown to be efficient in up to 5 consecutive reuse cycles. The unprecedented magnetic catalyst Fe/HT-β-CD/TiO 2 was successfully synthesized and used in the photodegradation of phenol as a model compound. The photocatalyst had its catalytic performance evaluated in a photoreactor equipped with a UV-vis lamp (cut filter for > 300 nm). The photocatalyst showed a phenol degradation efficiency of 95% in aqueous solutions at 50 mg L -1 and a reduction of total organic carbon (TOC) of 70%, in 180 min. The synthesized materials were applied in the removal of phenolic compounds from samples of river water and pulp and paper industry effluent and proved to be efficient, being promising for practical applications. Keywords: β-cyclodextrin. Phenolic compounds. Adsorption. Photocatalysis. Magnetic separation.