Síntese de Fe⁰ pelo método de coprecipitação e sua caracterização microestrutural, magnética e de propriedades fotocatalíticas

Abstract

O presente trabalho visou sintetizar nanopartículas de ferro com valência zero (nFe⁰) pelo método de coprecipitação. Borohidreto de sódio e cloreto de ferro foram utilizados respectivamente como reagente redutor e fonte de íons ferrosos. As nanopartículas obtidas tiveram sua microestrutura, propriedade magnética e atividade fotocatalíticas caracterizadas com o objetivo de observar a influência do teor de agente redutor nos produtos obtidos. A atividade fotocatalítica das nanopartículas foi avaliada por meio de uma reação semelhante (sem adição de peróxido de hidrogênio) ao foto-Fenton. O antibiótico sulfametoxazol (SMX), que possui características recalcitrantes, foi exposto às nanopartículas sobre irradiação de luz UV. Medidas de difração de raios X exibiram reflexões características de nanopartículas de ferro nos planos (110) e (200), e exibiram também reflexões correspondentes a óxidos de ferro, como magnetita. As nFe⁰ apresentaram um tamanho de cristalito entre 8,07 e 14,51nm, que foram confirmados por imagens de MET. Nesse sentido, foi observada uma diminuição do tamanho de cristalito, tanto para excesso, quanto para falta de reagente redutor, porém, nas condições de falta de reagente redutor, o teor de ferro das amostras diminuiu. Foi constatado que nas condições de excesso ou de falta de agente redutor, o tamanho das partículas foi menos homogêneo. Quanto às propriedades magnéticas, os valores de Hc variaram de 155 até 463 Oe e, para a magnetização, a variação foi entre 25,7 e 98,48 emu.g-1. As propriedades magnéticas mudaram conforme o tamanho de cristalito e a cristalidade das amostras. Deste modo, selecionou-se a síntese com os melhores resultados, submetendo-a a ensaios fotocatalíticos. Nestes ensaios, as nFe⁰ apresentaram excelente potencial de degradação do antibiótico SMX (99,98%) no tempo de 60min. Foi realizado um estudo na literatura sobre os produtos de degradação do SMX. Neste, obteve-se que a mineralização final não foi alcançada. Com estes resultados, observou-se que a sínteses por coprecipitação na condição de excesso de reagente redutor propiciou a obtenção de nFe0 como agente eficiente para a degradação do antibiótico sulfametoxazol, mas é necessário maior de tempo de reação ou maior quantidade de nFe0 para mineralização completa dos produtos de degradação.

The present work aimed to synthesize zero valence iron nanoparticles (nFe⁰) by the coprecipitation method. Sodium borohydride and iron chloride were used respectively as reducing reagent and source of ferrous ions. The obtained nanoparticles had their microstructure, magnetic property and photocatalytic activity characterized in order to observe the influence of the reducing agent content in the obtained products. The photocatalytic activity of the nanoparticles was evaluated using a similar reaction (without addition of hydrogen peroxide) to photo-Fenton. The antibiotic sulfamethoxazole (SMX), which has recalcitrant characteristics, was exposed to nanoparticles under UV light irradiation. X-ray diffraction measurements exhibited reflections characteristic of iron nanoparticles in the (110) and (200) planes, and also exhibited reflections corresponding to iron oxides such as magnetite. The nFe⁰ showed a crystallite size between 8.07 and 14.51nm, which was confirmed by TEM images. In this sense, a decrease in the crystallite size was observed, both for excess and for lack of reducing reagent, however, in the conditions of lack of reducing reagent, the iron content of the samples decreased. It was found that under conditions of excess or lack of reducing agent, the size of the particles was less homogeneous. As for magnetic properties, Hc values varied from 155 to 463 Oe and, for magnetization, the variation was between 25.7 and 98.48 emu.g-1. The magnetic properties changed according to the crystallite size and crystallity of the samples. Thus, the synthesis with the best results was selected, submitting it to photocatalytic tests. In these assays, the nFe⁰ showed excellent degradation potential of the antibiotic SMX (99.98%) in the time of 60min. A study was carried out in the literature on the degradation products of SMX. In this case, it was found that the final mineralization was not achieved. With these results, it was observed that the syntheses by coprecipitation in the condition of excess of reducing reagent provided the obtainment of nFe0 as an efficient agent for the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole, but a longer reaction time or a greater amount of nFe0 is necessary for complete mineralization of degradation products.