Estruturas a Base de Carbono como Adsorventes para Remoção de Contaminantes de Preocupação Emergente
Resumo
Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de adsorção de dois compostos farmacêuticos, frequentemente encontrados em meios aquosos, em diferentes estruturas de carbono. Para tanto, foram utilizados nanotubos de carbono (NTC) de parede simples (NTCPS) e múltiplas (NTCPM), e compósitos magnéticos (CM). Os NTC foram aplicados na remoção do anti-inflamatório diclofenaco de potássio (DP), fármaco amplamente utilizado no mundo, e frequentemente detectado em águas residuais. E, os CM (preparados via rota assistida por micro-ondas com proporções de 1:0,5:0,5 e 1:1:1 de biomassa de acácia, cloreto de zinco e cloreto de níquel, isto é, CM-0,5 e CM-1) na remoção do β-bloqueador metoprolol (MTP), que é largamente utilizado, porém pouco estudado no âmbito da adsorção. Ambos os adsorventes foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura e tiveram suas propriedades de textura determinadas por isotermas de adsorção/dessorção de N2. Nos estudos envolvendo os NTC foram utilizadas as técnicas espectroscópicas na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e Raman para caracterizar os adsorventes, bem como para elucidar o processo de interação estabelecido entre o sistema adsorvente – adsorvato. Os CM, tiveram suas propriedades magnéticas avaliadas em um magnetômetro de amostra vibrante, e suas características estruturais via difração de raios X. A partir dessas análises verificou-se que as partículas de níquel presentes nos compósitos magnéticos exibem comportamento ferromagnético, e são nanoestruturadas (CM-0,5 e CM-1 apresentam tamanho médio de domínios cristalinos de 26,26 e 29,62 nm respectivamente). Nos estudos de adsorção em batelada foram avaliados os efeitos do pH da solução, do tempo de contato e da temperatura na capacidade de adsorção dos adsorventes. O tempo de equilíbrio foi estabelecido em 2h para os estudos envolvendo o DP e em 6h para o estudo de caso do MTP, os experimentos foram conduzidos a 25°C. Em ambos os estudos, os dados experimentais foram melhor ajustados ao modelo cinético da ordem fracionária de Avrami. Os NTC apresentaram rápida cinética de adsorção com t0,95 = 27,22 minutos para NTCPS quando a concentração inicial (C0) foi de 160 mg L-1 . O valor equivalente para CM-0,5 (t0,95) foi de 44,33 minutos quando C0 = 200 mg L-1 . Nos estudos isotérmicos os melhores ajustes de dados experimentais foram obtidos com o modelo de isotermas de Liu para ambos os sistemas avaliados, com capacidade máxima de adsorção (Qmax) de 150,3 mg g-1 para NTCPS e Qmax = 241,3 mg g-1 para CM-0,5. Os parâmetros termodinâmicos dos sistemas avaliados mostraram que os processos foram favoráveis e espontâneos em todas as temperaturas avaliadas, apresentando magnitudes características de interações físicas. Tendo por base os estudos espectroscópicos, os ensaios de adsorção e os parâmetros termodinâmicos foi possível propor um mecanismo de interação entre NTC e DP. Com esse estudo espera-se promover o uso de técnicas espectroscópicas como ferramentas principais no estudo da interação entre nanoadsorventes e contaminantes de preocupação emergente (CPE). Outrossim, apresenta-se um novo adsorvente produzido a partir de biomassa de acácia negra em uma rota assistida por micro-ondas em etapa única, com propriedades magnéticas e características favoráveis a aplicação na remoção de CPE.