Síntese in situ de nanopartículas de ouro em microfibras de celulose (CMF/AuNPs) e sua aplicação na descontaminação de águas

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Data

2022-01-14

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Com o decorrer dos anos aumenta-se a dificuldade em assegurar que a água de nossas torneiras esteja livre de contaminantes emergentes, como pesticidas, medicamentos e corantes. Além de potencialmente tóxicos à saúde humana estes contaminantes são persistentes aos tratamentos convencionais. Tal fato, incita a necessidade de renovar os protocolos já estabelecidos nas estações de tratamento de água e também promover a reflexão da indústria através do apelo econômico e socioambiental. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um novo material que tenha simples aplicação e eficiente ação descontaminante de águas residuais da indústria têxtil. Dessa forma, sintetizou-se dois materiais a partir da celulose obtida de bagaço de cana-de-açúcar: (i) microfibras de dialdeído celulose catiônica (cDAC) e (ii) microfibras de cDAC com nanopartículas de ouro ancoradas (CMF/AuNPs). A caracterização dos materiais incluiu técnicas de espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e luz visível (UV-Vis), na região do infravermelho (FTIR) e de ressonância magnética nuclear (RMN), microscopias eletrônicas de varredura (MEV) e transmissão (MET), microscopia óptica (MO), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica acoplada a espectroscopia de absorção na região do infravermelho (TGA-FTIR), análise química (grau de oxidação). A partir das fibras de cDAC, avaliou-se sua capacidade de adsorção para o corante aniônico Preto de Eriocromo T (EBT) utilizado em indústria têxtil. A investigação incluiu testes variando pH, tempo e concentração do corante EBT. Resultados mostraram alta eficiência de adsorção no pH 2 (92,6% de adsorção). A cinética seguindo o modelo de Elovich (R2 = 0,92605 para EBT a 100 mg.L-1) e o modelo não linear de Langmuir (R2 = 0,94542, qm = 563,30 mg.g-1) aplicado para variação da concentração, foram os modelos que melhor descreveram o comportamento de adsorção. Como uma alternativa para viabilizar o uso do material, sua reciclabilidade mostrou-se favorável até o quarto ciclo. Além da aplicação na adsorção do corante, as microfibras se mostraram como uma alternativa na redução de nanopartículas de ouro. Estes híbridos (CMF/AuNPs) foram testados quanto sua eficiência em fotodegradação de corantes. Testes utilizando luz branca e luz UV apresentaram, respectivamente, degradação de 35% e 55% do corante EBT (10 mg.L-1), valores de três e oito vezes maior comparado com mesmo sistema na ausência do material. Desta forma, os materiais produzidos apresentam uma perspectiva promissora para se tornarem uma nova alternativa, limpa e socio-ambientalmente correta, para a descontaminação de efluentes contendo corantes.
Over the years, the difficulty of obtaining safe water from our taps, free of emergent contaminants such as pesticides, drugs, and dyes, has increased. In addition to being potentially toxic to human health, these contaminants are persistent to conventional water treatments. This fact incites the need to renew protocols currently established in the water treatment plants as well to promote a reflection by the industry about that through economic and socioenvironmental appeal. This present work intended to develop new material with a simple application, and efficient action decontaminant of dye-contaminated wastewater. In this way, two materials were synthesized by the cellulose obtained from sugarcane bagasse: (i) cationic dialdehyde cellulose microfibers (cDAC) and (ii) gold nanoparticles reduced on cationic dialdehyde cellulose microfibers surface (CMF/AuNPs). The materials characterization included the UV-Vis absorption spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, scanning electronic microscopy (SEM), transmission electronic microscopy (TEM), optic microscopy (OM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis coupled to Fourier transform infrared spectroscopy (TGA-FTIR) and, chemical analysis (oxidation degree). The cDAC was evaluated about the adsorption capacity of the anionic dye Eriochrome Black T (EBT) used in the textile industry. The results showed adsorption high-efficiency in pH 2 (92.6% of adsorption). The kinetic followed the Elovich model (R2 = 0.92605 for EBT = 100 mg.L-1) and non-linear Langmuir model (R2 = 0.94542, qm = 563.30 mg.g-1) applied to variation of time and EBT concentration, respectively, showed to be the most suitable models to describe the adsorption behavior. As an alternative for enabling the use of this material, its recyclability showed favorable until the fourth cycle. Besides application in the dye adsorption, the microfibers were demonstrated as a new pathway to gold nanoparticles reduction. These hybrids (CMF/AuNPs) were evaluated on dyes' photodegradation effect. Tests using white-light and UV-light showed dye degradation over 35% and 55%, three and eight folds of the same systems without CMF/AuNPs, respectively. In this sense, this work presents a promisor material to become a new, clean, and environmentally friendly alternative for effluent decontamination-containing dyes.

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Palavras-chave

Microfibras de dialdeído celulose catiônica, Adsorção, Corantes, Nanopartículas de ouro, Descontaminação de água, Dialdehyde microfibers cationic cellulose, Adsorption, Dyes, Gold nanoparticles, Water decontamination

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