Degradação de poluentes orgânicos por nanopartículas de cobre de valência zero

Abstract

Neste trabalho foram sintetizadas as nanopartículas de cobre metálico (NPs Cu) e aplicadas na degradação das moléculas ciprofloxacina (CIP), ácido pícrico, herbicida 2,4-D e do corante preto reativo 5. A síntese das NPS Cu foi realizada via redução química, empregando borohidreto de sódio como agente redutor. As NPS Cu foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica Transmissão (TEM), Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS), Espectrometria de Absorção Atômica (AAS) e Difração de Raios X (XRD). Nos estudos realizados com a ciprofloxacina, com uma dose de 0,5 g L -1 de NPS Cu foi obtido aproximadamente 100% de degradação, em 120 minutos de reação. Estudos mecanísticos de reação mostraram que a degradação da CIP ocorre em condições ácidas via espécies radicalares ativas de oxigênio, formadas a partir do Cu(I). Para o corante RP5 com uma dose de 1 g L -1 de NPs Cu, em condições óxicas e anóxicas, a degradação em 90 minutos de reação foi de 89 e 51%, respectivamente. Estes resultados indicam a presença de dois processos, via redução e via oxidação. Para o ácido pícrico, a degradação em 90 minutos de reação, sob condições óxicas e anóxicas foi de 6,0 e 10%, respectivamente. As espécies de cobre avaliadas não mostraram resultados significativos. Entretanto, quando o H 2 O 2 foi adicionado ao sistema reacional, a degradação aumentou para 18%. Para o 2,4-D a eficiência de remoção do herbicida empregando NPs Cu e peróxido de hidrogênio foi de 90% em 90 minutos de reação utilizando-se uma dose de 0,5 g L -1 de NPs Cu. Os estudos voltamétricos realizados comprovaram o comportamento experimental das reações de degradação das moléculas em estudo com as NPs Cu. O RP5 possui dois picos de oxidação em +0,89 V e +1,31 V e de redução em -0,37 V, -0,21 V e -0,08 V, sendo verificado que a sua degradação ocorre por processos oxidativos e redutivos. O ácido pícrico possui um pico de oxidação em +1,67 V e de redução em -0,79 V e -0,53 V. A sua degradação ocorreu por oxidação, e em menor quantidade devido ao seu maior valor de potencial em relação às outras moléculas. Além disso, não ocorre degradação por redução devido ao alto valor de potencial. O 2,4-D possui um pico de oxidação em +1,41 V e a CIP apresenta um pico de oxidação +1,24 V, para estas moléculas a degradação ocorre via de processos oxidativos.In this work the metallic copper nanoparticles (Cu NPs) were synthesized and applied to the degradation of the molecules ciprofloxacin (CIP), picric acid, 2,4-D herbicide and reactive black dye 5. The synthesis of Cu NPS was carried out by chemical reduction using sodium borohydride as a reducing agent. The Cu NPs were characterized by Electron Microscopy Transmission (TEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Atomic Absorption Spectrometry (AAS) and X-ray Diffraction (XRD). In the studies conducted with ciprofloxacin at a dose of 0.5 g L -1 of NPS Cu was obtained 100% degradation in 120 minutes of reaction. Mechanistic reactions studies have shown that CIP degradation occurs in acidic conditions via radical active oxygen species formed from Cu(I). For the dye RB5 with a dose of 1 g L -1 of Cu NPs, under oxic and anoxic conditions, the degradation in 90 minutes of reaction was of 89 and 51%, respectively. These results indicate the presence of two processes, via reduction and via oxidation. For picric acid, the degradation in 90 minutes of reaction under oxic and anoxic conditions was 6.0 and 10%, respectively. The copper species evaluated did not show significant results. However, when H 2 O 2 was added to the reaction system, the degradation increased to 18%. For 2,4-D the herbicide removal efficiency using Cu NPs and hydrogen peroxide was 90% in 90 minutes of reaction using a 0.5 g L -1 dose of Cu NPs. The voltammetric studies carried out confirmed the experimental behavior of the degradation reactions of the studied molecules with Cu NPs. The RB5 has two oxidation peaks at +0.89 V and +1.31 V and reduction at -0.37 V, -0.21 V and -0.08 V, being verified that its degradation occurs by processes oxidative and reductive. Picric acid has an oxidation peak at +1.67 V and reduction at -0.79 V and -0.53 V. Its degradation occurred by oxidation, and to a lesser extent due to its higher potential value in relation to other molecules. In addition, degradation by reduction does not occur due to the high potential value. 2,4-D has an oxidation peak at +1.41 V and CIP has a +1.24 V oxidation peak. For these molecules degradation occurs via oxidative processes.