Uso de nanocompósito magnético revestido com biopolímero e polímero semicondutor para a remoção de contaminantes em meios aquosos

Abstract

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), a remediação da água é um dos desafios mais importantes a serem enfrentados no século XXI, para o que se torna necessário a procura por novos materiais e métodos que possam levar a uma redução de custos e ao aumento da eficiência dos processos de remoção dos contaminantes. Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de um nanocompósito magnético híbrido (NCMH) com base em óxido de ferro (Fe₂O₃), polipirrol (PPi) e quitosana (Qui) para a remoção metais pesados em meios aquosos. Seguimos a estratégia de preparação de nanopartículas de óxido de ferro (NPs Fe₂O₃) por via de co-precipitação na presença de quitosana, um material que reveste as NPs Fe₂O₃ e facilita a posterior incorporação de PPi. Caracterizamos os compósitos resultantes por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), infravermelho (FTIR) e espectroscopia Ultravioleta-Visível (UV-Vis), dispersão dinâmica de luz (DLS) e medidas magnéticas. O nanocompósito híbrido exibiu uma morfologia esférica com um diâmetro médio de 36 nm e uma susceptibilidade magnética de 9,8 emu.g⁻¹. A capacidade de remoção (qe) do NCMH de Fe₂O₃@Qui@PPi para íons de Cr (VI) e Mn (VII) foi determinada como sendo igual a 300 e 158 mg.g⁻¹, respectivamente, valores que são substancialmente superiores aos obtidos quando se usa o compósito Fe₂O₃@Qui (57 e 15 mg.g⁻¹). O NCMH apresenta excelente percentual de remoção de Cr (VI) a baixas concentrações em pH 2, com 100% de remoção para concentrações de Cr (VI) abaixo de 10 mg.L⁻¹, e mantendo um percentual acima de 70 % para a remoção em concentrações de Cr (VI) a 50 mg.L⁻¹. Esses resultados confirmam o papel importante na adsorção desempenhado pelas cadeias de PPi incorporadas para a ocorrência de um desempenho de remoção aprimorado. A contaminação dos recursos hídricos por metais pesados costuma estar associada ao descarte inadequado de resíduos industriais e para sua remediação seria interessante que o agente de remoção pudesse vir a ser reutilizado por vários ciclos sucessivos. Devido à alta capacidade de remoção e à fácil possibilidade de recuperação do material capturado pela aplicação de um campo magnético externo, o NCMH Fe₂O₃@Qui@PPi aparece como um material muito promissor para processos de baixo custo e eficientes para a remediação de meios aquosos. Para um melhor entendimento das propriedades do material desenvolvido, realizamos ainda estudos de adsorção/dessorção, quando foi verificada uma eficiência de 100% na adsorção nos dois primeiros ciclos, 94% no terceiro ciclo e acima de 50% no quarto e quinto ciclos. A taxa de dessorção inicial foi de 30,2%, chegando a 72,5% no quarto ciclo. Dessa forma, estabelecemos que o NCMH apresentou ótima capacidade de remoção para Cr (VI) e uma boa performance em sua reutilização, podendo ainda ser usado para a remoção de outros contaminantes em meios aquosos.