Síntese verde de nanopartículas de óxido de zircônio : avaliação de parâmetros reacionais e de propriedade adsortivas

Abstract

O desenvolvimento de nanomateriais vem ganhando cada vez mais espaço nas pesquisas desenvolvidas nos últimos anos. O estudo de novas tecnologias de obtenção desses materiais torna-se então de extrema importância, visto que as sínteses de nanomateriais, em sua maioria, necessitam de reagentes e solventes, algumas vezes tóxicos, gerando resíduos nocivos ao meio ambiente e à saúde dos seres vivos. Isso faz com que seja necessário o desenvolvimento de rotas sustentáveis de obtenção de nanopartículas. Dentre os inúmeros tipos de abordagens, a síntese verde se mostra uma alternativa potencial para a obtenção de nanopartículas. Nesse tipo de síntese, além de obter resultados eficientes, também tem o seu apelo ambiental uma vez que resíduos vegetais podem ser utilizados no processo. O presente trabalho tem o objetivo de desenvolver uma metodologia para a síntese verde de nanopartículas de zircônia (ZrO2), a partir da utilização do extrato vegetal de Euclea natalensis. Além disso, as nanopartículas de ZrO2 produzidas foram aplicadas para adsorção de tetraciclina. Para isso, um planejamento fatorial 2³ foi aplicado no processo de síntese, variando as condições de concentração de extrato vegetal, concentração de precursor e temperatura de calcinação das amostras. As nanopartículas obtidas foram caracterizadas utilizando as técnicas DRX, FTIR e MET. As amostras apresentaram as fases monoclínica e tetragonal da zircônia, de acordo com a análise de DRX, obtendo amostras com tamanhos de cristalito mínimo de 5,25 nm. Ao avaliar a influência dos fatores estudados no tamanho de cristalito foi observado que apenas as interações de segunda ordem foram significativas no processo. Os espectros de FTIR confirmaram os resultados obtidos pelo DRX, apresentando bandas características das fases monoclínica e tetragonal da zircônia. Analisando as imagens de MET, as partículas sintetizadas possuíam uma morfologia arredondada e diâmetro médio variando entre 5,90 e 8,54 nm. Dentre os materiais avaliados, a amostra 06 (50 g/L de extrato vegetal, 0,03 mol/L de precursor e temperatura de calcinação de 550 ºC) apresentou a melhor capacidade de adsorção da tetraciclina (30,45 mg/g). Essa amostra foi utilizada no estudo cinético e de equilíbrio de adsorção. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que mais se adequou aos dados experimentais, com um R² = 0,9930 e velocidade específica de adsorção de 0,016 g/(mg·min). O modelo de Langmuir obteve um melhor ajuste dentre os modelos de isoterma de adsorção, com um R² = 0,9919, indicando que o fenômeno estudado ocorre em monocamada.

Abstract: The development of nanomaterials has attracted increasing attention recently. The study of new technologies to obtain these materials becomes extremely important since the majority of the nanomaterials synthesized require reagents and solvents, sometimes toxic, generating harmful residues to the environment and to the health of living beings. Thus, it is necessary to develop sustainable routes to obtain nanoparticles. Among the several approaches available, green synthesis is a potential alternative for obtaining nanoparticles. In this synthesis route, efficient results are obtained in an environmentally friendly way, since vegetal residues can be used in the process. The aim of this work was to develop a methodology for the green synthesis of zirconia (ZrO2) nanoparticles, using the Euclea natalensis plant extract. Furthermore, the ZrO2 nanoparticles produced were applied for tetracycline adsorption. A 2³ factorial design was applied in the synthesis process, varying some conditions such as plant extract concentration, precursor concentration, and calcination temperature. The nanoparticles obtained were characterized using XRD, FTIR and TEM techniques. The samples presented the zirconia monoclinic and tetragonal phases, according to the XRD analysis, resulting in samples with minimum crystallite size equals to 5.25 nm. Moreover, it was also observed that only the second order interactions presented significant influence on the crystallite size. The FTIR spectra confirmed the results obtained by XRD, presenting characteristic bands of the zirconia monoclinic and tetragonal phases. When analyzing the TEM images it was found that the synthesized particles had a rounded morphology and an average diameter ranging from 5.90 to 8.54 nm. Among the materials evaluated, sample 06 (concentrations of vegetal extract and precursor equal to 50 g/L and 0.03 mol/L, respectively, and calcination temperature of 550 ºC) showed the best tetracycline adsorption capacity (30.45 mg/g). This sample was used in the kinetic and adsorption equilibrium studies. The pseudo-second order kinetic model presented the best fit to the experimental data, with an R² = 0.9930, and specific adsorption velocity equals to 0.016 g/(mg·min). Moreover, the Langmuir isotherm resulted in the best fit to the experimental data, with an R² = 0.9919, indicating that the phenomenon studied occurs in a monolayer.