Nanopartículas magnéticas core@shell de ferrita de cobalto e poli (4- vinilpiridina): síntese, caracterização e aplicação potencial em adsorção de compostos fenólicos de águas naturais

Abstract

O presente estudo descreve a preparação de nanopartículas magnéticas a base de CoFe2O4 com interesse em desenvolver uma camada de sílica e poli (4-vinilpiridina) na superfície. A aplicação visa utilizar o material como adsorvente de desrreguladores endócrinos (EDC’s) (fenol, 4-nitrofenol e bisfenol-A) em corpos d’água. A síntese da nanopartícula magnética de CoFe2O4 se deu via coprecipitação. A nanopartícula foi recoberta apenas com o poli (4- vinilpiridina) (P4VP) via polimerização em miniemulsão e denominada CoFe2O4@P4VP. Separadamente, o núcleo magnético também foi recoberto por uma camada de sílica (CoFe2O4@SiO2), empregando condições de Stöber. Na superficie desse material o P4VP foi inserido via polimerização em miniemulsão (CoFe2O4@SiO2-P4VP). As caracterizações envolveram espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), termogravimetria (TGA), espalhamento de luz dinâmico (DLS), potencial zeta (PZ), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios X (XRD) e magnetometria de amostra vibrante (VSM). A partir dos espectros de FTIR foi possível observar que as bandas dos estiramentos característicos da ferrita e dos grupos funcionais da sílica estão presentes. Nos materiais onde o polímero P4VP foi inserido, as bandas referentes ao recobrimento polimérico foram observadas apenas no material CoFe2O4@SiO2-P4VP. Isso sugere que a metodologia de recobrimento polimérico foi eficaz apenas para a amostra contendo a camada de sílica. Por meio da técnica de TGA foi avaliada a perda de massa frente ao aquecimento dos materiais desenvolvidos e assim, confirmar a presença do polímero P4VP apenas no material CoFe2O4@SiO2-P4VP. Dessa maneira, as caracterizações seguintes foram realizadas apenas com CoFe2O4@SiO2-P4VP. Com as análises de DLS foi possível obter o raio hidrodinâmico (Rh) das partículas, os quais foram inferiores a 100 nm para todas as amostras. O PZ das amostras obtidos em pH 4 (CoFe2O4) e pH 6 (CoFe2O4@SiO2 e CoFe2O4@SiO2-P4VP) indicou carga superfícial positiva (+40,9 mV) para CoFe2O4 e negativa para CoFe2O4@SiO2 (-30,2 mV) e CoFe2O4@SiO2-P4VP (-24,8 mV). A mudança na carga superfícial indica o recobrimento devido a presença de grupos ionizáveis presentes na superfície das partículas. Com as imagens de TEM foi possível medir e observar a morfologia aproximadamente esférica das nanopartículas e também o diâmetro das amostras secas, que foram inferiores aos valores obtidos por DLS. Isso acontece devido as interações de hidrogênio que o material faz com o ambiente aquoso. No XRD foi observado para CoFe2O4 e CoFe2O4@SiO2 que o padrão de difração não foi alterado. Além disso, o tamanho do cristalito medido foi de 12,2 e 13,7 nm para a CoFe2O4 e CoFe2O4@SiO2, respectivamente. Os valores calculados por XRD se mostraram compatíveis com os obtidos por TEM. A análise de VSM mostrou um comportamento ferrimagnético para CoFe2O4 e CoFe2O4@SiO2 e diminuição na magnetização de saturação quando a nanopartícula foi recoberta com sílica. Estes materiais obtidos têm como foco a aplicação para adsorção de fenois em águas naturais. Em virtude da pandemia causada pelo vírus SARS-Cov-2, as analises experimetais foram impossibilitadas. Assim uma avaliação teórica levando em consideração algumas propriedades dos EDC’s fenol, 4-nitrofenol e bisfenol-A mostrou que a adsorção pode ser efetiva empregando CoFe2O4@SiO2-P4VP como adsorvente.