Avaliação de adsorventes magnéticos para remoção de arsênio em água

Abstract

O acesso a fontes de água devidamente tratadas para o uso humano, seja na agropecuária ou para a própria alimentação e higiene, permanece um desafio global. A consequência direta desta realidade é o consumo de água contaminada com elementos químicos de elevada toxicidade, como o arsênio. Embora esteja presente no ambiente em rochas, solo e água por efeitos naturais como erosão, seu uso industrial e mineração facilitam a distribuição deste elemento no ambiente. Entre as espécies químicas de arsênio, as formas inorgânicas de As (III) e As (V) apresentam toxicidade maior, em geral, que seus equivalentes orgânicos. Assim, diferentes métodos de remediação visando reduzir o risco de contaminação crônica por estas espécies são desenvolvidos. Neste contexto, materiais adsorventes reutilizáveis são bastante estudados pela sua fácil aplicação e alta eficiência na remoção de As em águas. Com base nisso, o presente trabalho visa a produção de um adsorvente com propriedades magnéticas aplicável à remoção de uma espécie inorgânica de As em água. Partículas core-shell de magnetita e sílica (Fe3O4@SiO2) foram sintetizadas e funcionalizadas com um organosilano contendo grupo amino (APTES) para avaliação de sua capacidade na remoção de arsênio pentavalente em água. Uma rota sintética alternativa foi utilizada para síntese de magnetita, empregando extrato obtido a partir de Cymbopogon citratus (capim-limão). O recobrimento e funcionalização destas partículas com organosilanos foram realizados pelo método de Stöber. Análises por espectroscopia UV-vis para caracterização do extrato de C.citratus e partículas de magnetita, indicaram presença de ferro no extrato. Este foi quantificado por espectrometria de absorção atômica com chama e determinou-se uma concentração de 2 mg L-1 de ferro, que foi desconsiderada na síntese de magnetita. Medidas de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS) foram realizadas para estudar a influência de diferentes solventes durante a etapa de secagem no diâmetro das partículas de magnetita e posteriormente para caracterização das partículas core-shell. A secagem das partículas de magnetita em meio aquoso favoreceu a formação de aglomerados de maior diâmetro, reduzindo a superfície de contato disponível. Assim, etanol foi utilizado como solvente na etapa de secagem e o diâmetro médio de partícula obtido foi de 256 nm. Os diâmetros de partícula de Fe3O4@SiO2 e Fe3O4@SiO2/APTES determinados foram de 401 nm e 2581 nm, respectivamente. A técnica de espectrometria de absorção atômica com forno de grafite foi utilizada para avaliar a capacidade de adsorção de As (V) pelas partículas de Fe3O4@SiO2/APTES. O adsorvente sintetizado apresentou bom desempenho, reduzindo a concentração do analito em mais de 90% em 40 minutos.

The access to properly treated water sources for human use, either in agriculture or in consumption, is a global challenge. The direct consequence is the consumption of contaminated water, containing highly toxic chemical elements, such as arsenic. Although arsenic is present in the environment in rocks, soil and water due to natural effects such as erosion, its industrial applications and mining increasing this element distribution in the environment. Among the arsenic species the inorganic forms of As (III) and As (V) presenting greater toxicity than their organic species. Thus, various remediation methods to reduce the risk of chronic contamination by these species has been developed. In this context, adsorbent materials are extensively studied for their easy application and high efficiency for As removal from water. For these reasons, in the present study an adsorbent with magnetic properties was developed for inorganic arsenic removal from water. Magnetite and silica core-shell particles (Fe3O4@SiO2) were synthesized and functionalized with an amine-containing organosilane (APTES) to evaluate their ability to remove pentavalent arsenic from water. An alternative synthetic route was used for the synthesis of magnetite particles using an extract from Cymbopogon citratus (lemongrass). The coating and functionalization of these particles with organosilanos were performed using the Stöber method. The UV-vis spectroscopy characterization of the C. citratus extract and magnetite particles, shown the presence of iron in the extract. This was quantified by flame atomic absorption spectrometry and a concentration of 2 mg L-1. Dynamic Light Scattering (DLS) measurements were performed to study the influence of different solvents during the drying step on the diameter of magnetite particles and later to characterize the core-shell particles. Drying the magnetite particles in an aqueous media induced the aggregation, reducing the contact surface. Therefore, ethanol was used as solvent in the drying step and the average diameter obtained this way was 256 nm. The Fe3O4@SiO2 and Fe3O4@SiO2/APTES particle diameters were 401 nm and 2581 nm, respectively. Graphite furnace atomic absorption spectrometry was used to evaluate the Fe3O4@SiO2/APTES adsorption efficiency to As (V). The adsorbent show good results, reducing the analyte concentration by over 90% in 40 minutes.