69
MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E ESTUDO DA ADSORÇÃO DO HERBICIDA DICAMBA Dissertação apresentada à Universidade Federal de Viçosa, Campus de Rio Paranaíba, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Produção Vegetal, para obtenção do título de Magister Scientiae. RIO PARANAÍBA MG JULHO/2014

RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

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Page 1: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

MARINA DE CARVALHO EUFRAacuteSIO PINTO

REacutePLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS

LAMELARES SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E ESTUDO DA

ADSORCcedilAtildeO DO HERBICIDA DICAMBA

Dissertaccedilatildeo apresentada agrave

Universidade Federal de Viccedilosa

Campus de Rio Paranaiacuteba como

parte das exigecircncias do Programa de

Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia -

Produccedilatildeo Vegetal para obtenccedilatildeo do

tiacutetulo de Magister Scientiae

RIO PARANAIacuteBA ndash MG

JULHO2014

iv

MARINA DE CARVALHO EUFRAacuteSIO PINTO

REacutePLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS

LAMELARES SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E ESTUDO DA

ADSORCcedilAtildeO DO HERBICIDA DICAMBA

Dissertaccedilatildeo apresentada agrave

Universidade Federal de Viccedilosa

Campus de Rio Paranaiacuteba como

parte das exigecircncias do Programa de

Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia -

Produccedilatildeo Vegetal para obtenccedilatildeo do

tiacutetulo de Magister Scientiae

APROVADA 25 de Julho de 2014

iii

Ao meu marido Frederico e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

Dedico

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeccedilo a Deus por me capacitar e proporcionar conquistas que eu jamais

imaginei alcanccedilar

A meus pais Luiz Alberto e Carla por todo amor dedicaccedilatildeo e ensinamentos

que sempre me proporcionaram e tambeacutem pelo incentivo e apoio no decorrer da

minha formaccedilatildeo

Ao meu marido Frederico por estar sempre ao meu lado e por ter sido meu

maior apoio para a concretizaccedilatildeo deste trabalho e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

presentes de Deus em minha vida que enchem meus dias de amor e alegria Esta

conquista eacute por vocecircs

Aos meus irmatildeos Andreacute Luiz e Miguel pela amizade e carinho

Ao meu padrasto Marcos Rogeacuterio pela amizade apoio e incentivo

Aos demais familiares e amigos que sempre torceram por mim

A Orientadora Professora Emiliane e Coorientador Professor Marcelo pela

orientaccedilatildeo e confianccedila na elaboraccedilatildeo deste trabalho

Ao Professor Jairo pela imprescindiacutevel colaboraccedilatildeo para a realizaccedilatildeo deste

trabalho

Aos colegas de laboratoacuterio Rodrigo e Rosembergue pelo auxiacutelio na execuccedilatildeo

deste trabalho

Aos colegas do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia - Produccedilatildeo

Vegetal por serem companheiros de estudos e em especial a Flaacutevia Regina pela

amizade e conviacutevio

Agrave Universidade Federal de Viccedilosa Campus de Rio Paranaiacuteba e ao Instituto de

Ciecircncias Agraacuterias pela oportunidade iacutempar e pelo apoio concedido no mestrado

Agrave Coordenaccedilatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal de Niacutevel Superior - CAPES

pela concessatildeo da bolsa de estudo e pelo apoio financeiro

E finalmente a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuiacuteram para

a execuccedilatildeo desse trabalho os meus sinceros agradecimentos

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba 8

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011) 10

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina 11

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL 12

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra) 21

Figura 6 TGA-MS para o HA50 22

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP 23

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH 23

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP 24

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP 24

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP 25

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP 27

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP 29

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP 31

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 33

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC

( ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba 34

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico 36

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

AGGARWAL P DOLLIMORE D HEON K Comparative thermal analysis

study of two biopolymers starch and cellulose J Therm Anal v50 n1-2 p7-17

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Page 2: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

iv

MARINA DE CARVALHO EUFRAacuteSIO PINTO

REacutePLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS

LAMELARES SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E ESTUDO DA

ADSORCcedilAtildeO DO HERBICIDA DICAMBA

Dissertaccedilatildeo apresentada agrave

Universidade Federal de Viccedilosa

Campus de Rio Paranaiacuteba como

parte das exigecircncias do Programa de

Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia -

Produccedilatildeo Vegetal para obtenccedilatildeo do

tiacutetulo de Magister Scientiae

APROVADA 25 de Julho de 2014

iii

Ao meu marido Frederico e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

Dedico

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeccedilo a Deus por me capacitar e proporcionar conquistas que eu jamais

imaginei alcanccedilar

A meus pais Luiz Alberto e Carla por todo amor dedicaccedilatildeo e ensinamentos

que sempre me proporcionaram e tambeacutem pelo incentivo e apoio no decorrer da

minha formaccedilatildeo

Ao meu marido Frederico por estar sempre ao meu lado e por ter sido meu

maior apoio para a concretizaccedilatildeo deste trabalho e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

presentes de Deus em minha vida que enchem meus dias de amor e alegria Esta

conquista eacute por vocecircs

Aos meus irmatildeos Andreacute Luiz e Miguel pela amizade e carinho

Ao meu padrasto Marcos Rogeacuterio pela amizade apoio e incentivo

Aos demais familiares e amigos que sempre torceram por mim

A Orientadora Professora Emiliane e Coorientador Professor Marcelo pela

orientaccedilatildeo e confianccedila na elaboraccedilatildeo deste trabalho

Ao Professor Jairo pela imprescindiacutevel colaboraccedilatildeo para a realizaccedilatildeo deste

trabalho

Aos colegas de laboratoacuterio Rodrigo e Rosembergue pelo auxiacutelio na execuccedilatildeo

deste trabalho

Aos colegas do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia - Produccedilatildeo

Vegetal por serem companheiros de estudos e em especial a Flaacutevia Regina pela

amizade e conviacutevio

Agrave Universidade Federal de Viccedilosa Campus de Rio Paranaiacuteba e ao Instituto de

Ciecircncias Agraacuterias pela oportunidade iacutempar e pelo apoio concedido no mestrado

Agrave Coordenaccedilatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal de Niacutevel Superior - CAPES

pela concessatildeo da bolsa de estudo e pelo apoio financeiro

E finalmente a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuiacuteram para

a execuccedilatildeo desse trabalho os meus sinceros agradecimentos

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba 8

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011) 10

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina 11

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL 12

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra) 21

Figura 6 TGA-MS para o HA50 22

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP 23

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH 23

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP 24

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP 24

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP 25

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP 27

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP 29

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP 31

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 33

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC

( ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba 34

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico 36

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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56

STIMPFLING T LEROUX F Carbon composites and replicas from intercalated

layered double hydroxides Applied Clay Science v50 n3 p367-375 2010

TAMON H ISHIZAKA H MIKAMI M OKAZAKI M Porous structure of

organic and carbon aerogels synthesized by sol-gel polycondensation of resorcinol

with formaldehyde Carbon v35 n6 p791-796 1997

TAMON H ISHIZAKA H YAMAMOTO T SUZUKI T Preparation of

mesoporous carbon by freeze drying Carbon v37 n12 p2049-2055 1999

TERZYK AP FURMANIAK S GAUDEN PA AND KOWALCZYK P

Fullerene-intercalated Graphene Nano-containers mdash Mechanism of Argon

Adsorption and High-pressure CH4 and CO2 Storage Capacities Adsorpt Sci

Technol v27 n3 p281-296 2009

TRONTO J Siacutentese caracterizaccedilatildeo e estudo das propriedades de hidroacutexidos

duplos lamelares intercalados com poliacutemeros condutores 2006 241 f Tese

(Doutorado em Quiacutemica) - Universidade de Satildeo Paulo Ribeiratildeo Preto

VACCARI A Preparation and catalytic properties of cationic and anionic clays

Catalysis Today v41 n 1-3 p53-71 1998

VELOSO CM RANGEL MC Preparaccedilatildeo de carbonos porosos por moldagem

sequencial Quiacutemica Nova v32 n8 p2133-2141 2009

VIDAL J L M PLAZA-BOLANtildeOS P ROMERO-GONZAacuteLEZ R FRENICH

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YAVUZ O ALTUNKAYNAK Y GUumlZEL F Removal of copper nickel cobalt

and manganese from aqueous solution by kaolinite Water Res v37 n4 p948-952

2003

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HSO XU GQ HOR TSA Platinum Deposition on Carbon Nanotubes via

Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998

ZHAO MQ ZHANG Q HUANG JQ WEI F Hierarchical Nanocomposites

Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis

and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012

ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

pesticides in surface water and sediments from Qiantang River East China Journal

of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 3: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

iii

Ao meu marido Frederico e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

Dedico

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeccedilo a Deus por me capacitar e proporcionar conquistas que eu jamais

imaginei alcanccedilar

A meus pais Luiz Alberto e Carla por todo amor dedicaccedilatildeo e ensinamentos

que sempre me proporcionaram e tambeacutem pelo incentivo e apoio no decorrer da

minha formaccedilatildeo

Ao meu marido Frederico por estar sempre ao meu lado e por ter sido meu

maior apoio para a concretizaccedilatildeo deste trabalho e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

presentes de Deus em minha vida que enchem meus dias de amor e alegria Esta

conquista eacute por vocecircs

Aos meus irmatildeos Andreacute Luiz e Miguel pela amizade e carinho

Ao meu padrasto Marcos Rogeacuterio pela amizade apoio e incentivo

Aos demais familiares e amigos que sempre torceram por mim

A Orientadora Professora Emiliane e Coorientador Professor Marcelo pela

orientaccedilatildeo e confianccedila na elaboraccedilatildeo deste trabalho

Ao Professor Jairo pela imprescindiacutevel colaboraccedilatildeo para a realizaccedilatildeo deste

trabalho

Aos colegas de laboratoacuterio Rodrigo e Rosembergue pelo auxiacutelio na execuccedilatildeo

deste trabalho

Aos colegas do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia - Produccedilatildeo

Vegetal por serem companheiros de estudos e em especial a Flaacutevia Regina pela

amizade e conviacutevio

Agrave Universidade Federal de Viccedilosa Campus de Rio Paranaiacuteba e ao Instituto de

Ciecircncias Agraacuterias pela oportunidade iacutempar e pelo apoio concedido no mestrado

Agrave Coordenaccedilatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal de Niacutevel Superior - CAPES

pela concessatildeo da bolsa de estudo e pelo apoio financeiro

E finalmente a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuiacuteram para

a execuccedilatildeo desse trabalho os meus sinceros agradecimentos

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba 8

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011) 10

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina 11

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL 12

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra) 21

Figura 6 TGA-MS para o HA50 22

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP 23

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH 23

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP 24

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP 24

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP 25

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP 27

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP 29

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP 31

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 33

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC

( ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba 34

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico 36

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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Page 4: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeccedilo a Deus por me capacitar e proporcionar conquistas que eu jamais

imaginei alcanccedilar

A meus pais Luiz Alberto e Carla por todo amor dedicaccedilatildeo e ensinamentos

que sempre me proporcionaram e tambeacutem pelo incentivo e apoio no decorrer da

minha formaccedilatildeo

Ao meu marido Frederico por estar sempre ao meu lado e por ter sido meu

maior apoio para a concretizaccedilatildeo deste trabalho e aos meus filhos Joatildeo Vitor e Davi

presentes de Deus em minha vida que enchem meus dias de amor e alegria Esta

conquista eacute por vocecircs

Aos meus irmatildeos Andreacute Luiz e Miguel pela amizade e carinho

Ao meu padrasto Marcos Rogeacuterio pela amizade apoio e incentivo

Aos demais familiares e amigos que sempre torceram por mim

A Orientadora Professora Emiliane e Coorientador Professor Marcelo pela

orientaccedilatildeo e confianccedila na elaboraccedilatildeo deste trabalho

Ao Professor Jairo pela imprescindiacutevel colaboraccedilatildeo para a realizaccedilatildeo deste

trabalho

Aos colegas de laboratoacuterio Rodrigo e Rosembergue pelo auxiacutelio na execuccedilatildeo

deste trabalho

Aos colegas do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Agronomia - Produccedilatildeo

Vegetal por serem companheiros de estudos e em especial a Flaacutevia Regina pela

amizade e conviacutevio

Agrave Universidade Federal de Viccedilosa Campus de Rio Paranaiacuteba e ao Instituto de

Ciecircncias Agraacuterias pela oportunidade iacutempar e pelo apoio concedido no mestrado

Agrave Coordenaccedilatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal de Niacutevel Superior - CAPES

pela concessatildeo da bolsa de estudo e pelo apoio financeiro

E finalmente a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuiacuteram para

a execuccedilatildeo desse trabalho os meus sinceros agradecimentos

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba 8

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011) 10

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina 11

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL 12

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra) 21

Figura 6 TGA-MS para o HA50 22

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP 23

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH 23

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP 24

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP 24

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP 25

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP 27

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP 29

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP 31

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 33

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC

( ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba 34

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico 36

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 5: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba 8

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011) 10

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina 11

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL 12

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra) 21

Figura 6 TGA-MS para o HA50 22

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP 23

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH 23

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP 24

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP 24

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP 25

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP 27

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP 29

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP 31

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 33

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC

( ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba 34

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico 36

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 6: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

vi

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2 37

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL 38

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH 38

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL 39

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL 40

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL 41

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL 43

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL 45

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL 46

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 47

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Materials Prog Chem v24 n0203 p262-274 2012

YAVUZ O ALTUNKAYNAK Y GUumlZEL F Removal of copper nickel cobalt

and manganese from aqueous solution by kaolinite Water Res v37 n4 p948-952

2003

YU RQ CHEN LW LIU QP LIN JY TAN KL NG SC CHAN

HSO XU GQ HOR TSA Platinum Deposition on Carbon Nanotubes via

Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998

ZHAO MQ ZHANG Q HUANG JQ WEI F Hierarchical Nanocomposites

Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis

and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012

ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

pesticides in surface water and sediments from Qiantang River East China Journal

of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 7: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006) 13

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS 26

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 28

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 31

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP 33

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL 42

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL 44

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem 45

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL 47

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 8: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

viii

SUMAacuteRIO

RESUMO x

ABSTRACT xi

1 INTRODUCcedilAtildeO 1

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente 1

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente 3

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo 4

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas 7

12 Pesticidas aacutecidos 7

121 Herbicida dicamba 7

13 Adsorccedilatildeo 8

14 Materiais de carbono 8

141 Reacuteplicas de carbono 9

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca (Manihot esculenta Crantz) 9

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar 11

2 OBJETIVOS 14

21 Objetivo geral 14

22 Objetivos especiacuteficos 14

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 15

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 15

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL 16

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos 17

34 Estudos de adsorccedilatildeo 17

341 Sorbato 18

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba 18

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo 18

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 19

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo 19

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 9: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

ix

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 20

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca 20

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 20

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP 26

4121 Efeito do pH 26

4122 Efeito da temperatura 27

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 28

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-LAP 28

41232 Modelo cineacutetico 29

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo 31

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL 34

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos 34

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL 42

4221 Efeito do pH 42

4222 Efeito da temperatura 43

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo 44

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de

dicamba na RC-HDL 44

42232 Modelo cineacutetico 45

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo 46

5 CONCLUSOtildeES 48

6 PERSPECTIVAS 49

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 50

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 10: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

x

RESUMO

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa julho

de 2014 Reacuteplicas de carbono derivadas de materiais lamelares siacutentese

caracterizaccedilatildeo e estudo de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba Orientador Emiliane

Andrade de Arauacutejo Coorientadores Marcelo Rodrigues dos Reis e Frederico Garcia

Pinto

O presente trabalho apresenta a siacutentese e caracterizaccedilatildeo de duas reacuteplicas de

carbono (RC) derivadas de compostos lamelares O primeiro material (RC-LAP) foi

sintetizado a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (Manihot esculenta

Crantz) utilizando uma teacutecnica de faacutecil aplicaccedilatildeo com reagentes de baixo custo e

alta disponibilidade O segundo material (RC-HDL) foi obtido a partir de um

hidroacutexido duplo lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Os materiais produzidos foram caracterizados por uma seacuterie de anaacutelises sendo elas

difraccedilatildeo de raios X no poacute anaacutelise termogravimeacutetrica acoplada agrave anaacutelise teacutermica

diferencial e espectrometria de massas anaacutelise espectroscoacutepica de fotoeleacutetrons

microscopia eletrocircnica de varredura aacuterea superficial pelo meacutetodo BET distribuiccedilatildeo

de tamanho meacutedio de poros e anaacutelise de potencial zeta As reacuteplicas de carbono

produzidas foram utilizadas como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida

dicamba em soluccedilatildeo aquosa As anaacutelises demostraram que ambas as reacuteplicas de

carbono apresentaram elevada aacuterea superficial sendo 1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e

2345 m2middotg

-1 para RC-HDL Para as duas reacuteplicas de carbono a adsorccedilatildeo seguiu o

comportamento tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir e o modelo cineacutetico foi de

pseudo-segunda-ordem A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

foi de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL foi de 2793 mgmiddotg-1

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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57

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ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

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of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 11: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

xi

ABSTRACT

PINTO Marina de Carvalho Eufraacutesio M Sc Universidade Federal de Viccedilosa July

2014 Carbon replicas derived from layered materials synthesis

characterization and study of adsorption of dicamba herbicide Advisor

Emiliane Andrade de Arauacutejo Co-advisers Marcelo Rodrigues dos Reis and

Frederico Garcia Pinto

This work presents the synthesis and characterization of two carbon replicas

(CR) derived from layered compounds The first material (CR-LAP) was synthesized

from sodium hectorite and cassava starch (Manihot esculenta Crantz) using a

technique easily applied with reagents of low cost and high availability The second

material (CR-LDH) was obtained from a layered double hydroxide of zincaluminum

and vinylbenzenesulfonate The materials were characterized by powder X-ray

diffraction thermogravimetric analysisndashdifferential scanning calorimetryndashmass

spectrometry X-ray photoelectron spectroscopic analysis scanning electron

microscopy surface area average size distribution of pores and zeta potential

analysis The carbon replicas produced were used as adsorbents to remove dicamba

pesticide in aqueous solution The analyzes showed that both materials exhibited

high surface area 1642 m2middotg

-1 to CR-LAP and 2345 m

2middotg

-1 to CR-LDH For two

carbon replicas adsorption followed the typical behavior of the Langmuir isotherm

model and the kinetic model was pseudo-second-order The maximum adsorption

capacity of dicamba in CR-LAP was 2519 mgmiddotg-1

and CR-LDH was 2793 mgmiddotg-1

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 12: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

1

1 INTRODUCcedilAtildeO

A atividade agriacutecola tem sido considerada umas das principais fontes de

contaminaccedilatildeo do meio ambiente Consequentemente nos uacuteltimos anos aumentou-se

a preocupaccedilatildeo com o uso racional dos recursos hiacutedricos e do solo visando promover

a praacutetica de uma agricultura sustentaacutevel

Uma importante fonte de contaminaccedilatildeo ambiental eacute a utilizaccedilatildeo de pesticidas

Esses xenobioacuteticos satildeo conceituados como qualquer substacircncia ou mistura de

substacircncias destinadas a prevenir destruir repelir ou mitigar qualquer praga ou

planta daninha Os pesticidas podem ser classificados de acordo com seu alvo seu

modo ou periacuteodo de accedilatildeo ou sua composiccedilatildeo quiacutemica (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al

2008)

A contaminaccedilatildeo por pesticidas dos mananciais de aacutegua que abastecem as

cidades eacute uma das maiores preocupaccedilotildees nos dias de hoje uma vez que os meacutetodos

normalmente usados para potabilizaccedilatildeo da aacutegua natildeo satildeo capazes de remover os

resiacuteduos destes compostos necessitando de tecnologias mais complexas

(FERNANDES NETO e SARCINELLI 2009) KRUAWAL et al (2005)

encontraram resiacuteduos do inseticida endosulfan e do herbicida atrazine em amostras

de aacuteguas coletadas em torneira demonstrando que o processo de tratamento de aacutegua

natildeo foi capaz de remover estes poluentes

Apesar dos grandes avanccedilos tecnoloacutegicos ocorridos nos uacuteltimos anos ainda eacute

difiacutecil prever o real impacto que os pesticidas podem causar ao meio ambiente em

longo prazo (BARBOSA 2004)

11 Destino final e transporte de pesticidas no ambiente

Parte consideraacutevel dos pesticidas aplicados acaba alcanccedilando direta ou

indiretamente o solo (SILVA et al 2007b) As principais maneiras pelas quais os

pesticidas atingem o solo satildeo durante a sua pulverizaccedilatildeo atraveacutes do ar e da aacutegua da

chuva e liberaccedilatildeo a partir de granulados aplicados diretamente ao solo (ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008) Uma vez atingido o solo os pesticidas poderatildeo sofrer uma

seacuterie de processos de transformaccedilatildeo e de degradaccedilatildeo ou ainda serem transportados

para outros locais (BARBOSA 2004 RATHORE e NOLLET 2012) aumentando o

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 13: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

2

risco de contaminaccedilatildeo de rios lagos e outras fontes de aacutegua subterracircnea

(BARBOSA 2004)

Diversos estudos relatam a contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos por pesticidas

(BERENZEN et al 2005) BOCQUENEacute E FRANCO 2005 KRUAWAL et al

2005 GUZZELLA et al 2006 LEONG et al 2007 VRYZAS et al 2009) Em

alguns casos mesmo apoacutes terem sido banidos em certas localidades resiacuteduos de

alguns pesticidas ainda satildeo encontrados durante anos devido agrave sua persistecircncia no

ambiente (BOCQUENEacute E FRANCO 2005 GUZZELLA et al 2006 ZHOU et al

2006)

Enquanto alguns pesticidas ligam-se irreversivelmente agrave mateacuteria orgacircnica e

partiacuteculas minerais do solo sendo transportados apenas atraveacutes de sedimentos outros

se dissolvem facilmente em aacutegua e se infiltram no solo (OTERO et al 2003) Os

resiacuteduos de pesticidas encontrados nas aacuteguas subterracircneas e a maioria dos resiacuteduos

presentes em aacuteguas de superfiacutecie chegam atraveacutes do solo pelos processos de

lixiviaccedilatildeo e escoamento superficial (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

A precipitaccedilatildeo pluvial eacute o principal fator determinante da intensidade do

escoamento superficial sendo detectadas altas concentraccedilotildees de pesticidas em aacuteguas

superficiais no iniacutecio da temporada de irrigaccedilatildeo ou logo apoacutes os eventos de alta

pluviosidade (ZHOU et al 2006 VRYZAS et al 2009) Nos meses chuvosos as

tempestades lavam os pesticidas presentes nos campos e pomares atingindo aacuteguas

superficiais proacuteximas (OTERO et al 2003)

Alguns compostos que se ligam mais prontamente agraves partiacuteculas do solo como

exemplo o chlordecone podem alcanccedilar aacuteguas superficiais pelo processo de erosatildeo

(BOCQUENEacute E FRANCO 2005)

Os pesticidas tecircm o potencial de migrar para as aacuteguas subterracircneas podendo

levar agrave contaminaccedilatildeo dessas aacuteguas A lixiviaccedilatildeo de pesticidas atraveacutes de solos eacute sem

duacutevida a mais importante via pela qual a estes produtos quiacutemicos atingem nas aacuteguas

subterracircneas (RATHORE e NOLLET 2012)

Pesticidas soluacuteveis presentes na soluccedilatildeo do solo ou mesmo sorvidos em

partiacuteculas tecircm o potencial de se deslocar atraveacutes do perfil do solo podendo chegar a

aacuteguas subterracircneas e superficiais (COOKE et al 2004)

Os efeitos do clima na lixiviaccedilatildeo de pesticidas satildeo complexos e dependem de

interaccedilotildees entre conteuacutedo antecedente de aacutegua no solo padrotildees de precipitaccedilatildeo e das

propriedades do solo e dos pesticidas (LEWAN et al 2009) Assim uma chuva forte

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 14: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

3

logo apoacutes a aplicaccedilatildeo pode levar a grandes perdas por lixiviaccedilatildeo para aacuteguas

subterracircneas rasas (BOCQUENEacute E FRANCO 2005) Por outro lado a lixiviaccedilatildeo eacute

consideravelmente reduzida se o periacuteodo apoacutes a aplicaccedilatildeo eacute caracterizado pelo tempo

seco ou por chuvas intensas que natildeo geram fluxo por macroporos do solo de modo

que o pesticida tenha tempo suficiente para degradar e mover-se em agregados do

solo onde satildeo menos expostos ao fluxo de macroporos e pode alcanccedilar o equiliacutebrio

com os locais de sorccedilatildeo protegidas (LEWAN et al 2009)

Os processos quiacutemicos fiacutesicos e bioloacutegicos que ocorrem no solo controlam

diretamente o transporte de pesticidas e sua transferecircncia a partir do solo para a aacutegua

A importacircncia relativa desses processos varia com a natureza quiacutemica dos pesticidas

e as propriedades do solo mas dois processos destacam-se a degradaccedilatildeo e a sorccedilatildeo

(ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008)

111 Degradaccedilatildeo de pesticidas no ambiente

A degradaccedilatildeo eacute um processo fundamental para atenuar os niacuteveis de resiacuteduos

de pesticidas no solo (ARIAS-ESTEacuteVEZ et al 2008) Sendo o segundo processo

mais importante utilizado para prever o destino de pesticidas em solos (KAH et al

2007) Existem trecircs tipos de degradaccedilatildeo de pesticidas degradaccedilatildeo quiacutemica

fotodegradaccedilatildeo e degradaccedilatildeo microbiana (RATHORE e NOLLET 2012)

Ao serem degradados os pesticidas podem ser transformados em um grande

nuacutemero de subprodutos de degradaccedilatildeo geralmente definidos como produtos de

transformaccedilatildeo (PTs) aleacutem de outros termos tais como metaboacutelitos de pesticidas ou

derivados (VIDAL et al 2009) Atualmente existe uma crescente preocupaccedilatildeo em

relaccedilatildeo agrave formaccedilatildeo de PTs pois muitos desses produtos de transformaccedilatildeo podem ser

mais toacutexicos (GRUumlTZMACHER et al 2008) e mais persistentes que os produtos

originais (VIDAL et al 2009)

Aleacutem disso os PTs podem ter diferentes propriedades que lhes permitem

ocorrer em aacutereas ambientais natildeo alcanccediladas pelo proacuteprio pesticida (VIDAL et al

2009) Estes compostos satildeo geralmente mais moacuteveis do que os parentais e podem ser

transportados para as aacuteguas subterracircneas muitas vezes mais rapidamente do que os

precursores (GUZZELLA et al 2006)

As rotas e as taxas de degradaccedilatildeo dos pesticidas satildeo influenciadas por

propriedades quiacutemicas fiacutesicas e bioloacutegicas dos solos e tambeacutem dependem das

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 15: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

4

propriedades do pesticida podendo seguir caminhos complexos que envolvem uma

variedade de interaccedilotildees entre estas propriedades (BARBOSA 2004 ARIAS-

ESTEacuteVEZ et al 2008 KAH et al 2007)

KAH et al (2007) analisaram as correlaccedilotildees entre taxas de degradaccedilatildeo de

alguns pesticidas e os principais paracircmetros do solo e observaram uma correlaccedilatildeo

positiva entre a taxa de degradaccedilatildeo e os paracircmetros teor de carbono orgacircnico teor

de argila pH e bioatividade para a maioria dos pesticidas testados Estas correlaccedilotildees

mostram que os paracircmetros selecionados para explicar as variaccedilotildees nas taxas de

degradaccedilatildeo dependem da combinaccedilatildeo entre solo e pesticida

O fenocircmeno de degradaccedilatildeo eacute reduzido em camadas profundas do solo devido

agrave ausecircncia de atividade microbiana Desta maneira pesticidas que se encontram em

camadas mais profundas do solo podem persistir por vaacuterios anos (GUZELLA et al

2006)

112 Sorccedilatildeo e dessorccedilatildeo de pesticidas no solo

A sorccedilatildeo de um pesticida no solo compreende a passagem da moleacutecula de

pesticida da fase aquosa para a superfiacutecie de uma partiacutecula de solo prendendo-se a

ela por meio de interaccedilotildees fiacutesicas ou quiacutemicas (SILVA et al 2012)

Vaacuterios processos ocorrem com os pesticidas presentes no solo como o

transporte a degradaccedilatildeo e a bioacumulaccedilatildeo Todos esses processos satildeo afetados pela

sorccedilatildeo do pesticida no solo e influenciam o grau de contaminaccedilatildeo das aacuteguas

subterracircneas e aacuteguas de superfiacutecie (KUMAR e PHILIP 2006)

A avaliaccedilatildeo da sorccedilatildeo eacute feita por meio da estimativa de coeficientes o

coeficiente de sorccedilatildeo (Kd) representa a relaccedilatildeo entre a concentraccedilatildeo do herbicida que

permanece sorvido ao solo e a concentraccedilatildeo do herbicida encontrada na soluccedilatildeo do

solo em equiliacutebrio O Kd pode ter seu valor corrigido em relaccedilatildeo ao teor de carbono

orgacircnico do solo obtendo-se o coeficiente de sorccedilatildeo normalizado conforme o teor de

carbono orgacircnico do solo (Koc) (SILVA et al 2007b)

Pesticidas que possuem baixo Kd como o herbicida isoproturon (Kd 196-

575) satildeo fracamente adsorvidos a fase soacutelida do solo aleacutem de possuiacuterem elevada

reversibilidade de sorccedilatildeo Desta forma estes pesticidas podem rapidamente migrar

junto agrave soluccedilatildeo do solo para fora da zona de aplicaccedilatildeo atingindo aacuteguas subterracircneas

(COOKE et al 2004) De maneira oposta os pesticidas que possuem elevado valor

5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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5

de Kd como por exemplo o herbicida trifluralin (Kd 10569-29371) satildeo fortemente

adsorvidos agraves partiacuteculas do solo portanto natildeo devem representar ameaccedila de

contaminaccedilatildeo agraves aacuteguas por lixiviaccedilatildeo poreacutem a erosatildeo de partiacuteculas e caminhos

preferenciais de fluxo podem facilitar o seu transporte (COOKE et al 2004)

Algumas caracteriacutesticas dos pesticidas como suas propriedades fiacutesico-

quiacutemicas e composiccedilatildeo quiacutemica influenciam na sua capacidade de sorccedilatildeo no solo

(BARBOSA 2004 COOKE et al 2004) A capacidade de dissociaccedilatildeo eletroliacutetica

(pKa) desses compostos eacute representada por um valor numeacuterico de pH em que ocorre

a dissociaccedilatildeo de 50 do composto Conforme a sua capacidade de ionizaccedilatildeo os

pesticidas podem ser agrupados em trecircs classes pesticidas derivados de aacutecidos

fracos cujas formas moleculares apresentam capacidade de doar proacutetons e formar

iacuteons carregados negativamente pesticidas derivados de bases fracas satildeo aqueles que

apresentam a capacidade de receber proacutetons e formar iacuteons carregados positivamente

e pesticidas natildeo iocircnicos satildeo aqueles que natildeo doam e nem recebem proacutetons na

soluccedilatildeo do solo permanecendo em sua forma molecular (SILVA et al 2007b)

As caracteriacutesticas do solo como o pH a mateacuteria orgacircnica a composiccedilatildeo

mineraloacutegica e a umidade tambeacutem influenciam na sorccedilatildeo de pesticidas no solo

(BARBOSA 2004)

O solo rico em mateacuteria orgacircnica pode reduzir a possibilidade de

contaminaccedilatildeo dos recursos hiacutedricos atraveacutes da retenccedilatildeo de pesticidas (KUMAR e

PHILIP 2006) Diversos estudos comprovam a correlaccedilatildeo positiva existente entre o

teor de mateacuteria orgacircnica do solo e a adsorccedilatildeo de pesticidas (COOKE et al 2004

BOIVIN et al 2005a KUMAR e PHILIP 2006 KOMAacuteREK et al 2010)

A influencia do pH do solo no processo de retenccedilatildeo e degradaccedilatildeo dos

pesticidas estaacute estritamente relacionada ao pKa dos compostos (SILVA et al

2007b) BARIZON et al (2005) concluiacuteram que a adsorccedilatildeo do herbicida imazaquin

foi baixa em diferentes solos sendo a menor sorccedilatildeo em solo com baixos teores de

argila e carbono orgacircnico Isto ocorreu porque nos valores de pH desses solos o

imazaquin apresentava-se predominantemente na forma aniocircnica ocorrendo repulsatildeo

entre as moleacuteculas de imazaquin de caraacuteter aniocircnico e os siacutetios de carga negativa dos

coloacuteides do solo

Um dos paracircmetros mais importantes que afetam o destino e o transporte de

pesticidas eacute sua solubilidade em aacutegua Moleacuteculas altamente soluacuteveis satildeo rapidamente

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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Page 17: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

6

distribuiacutedas no ciclo hidroloacutegico em razatildeo de apresentarem coeficientes de sorccedilatildeo

para solos e sedimentos relativamente baixos (SILVA et al 2007b)

A baixa afinidade do imazaquin com a matriz do solo parece estar relacionada

tambeacutem com a reduccedilatildeo de sua hidrofobicidade Isto se deve ao aumento da

solubilidade em aacutegua do imazaquin em razatildeo da grande quantidade de moleacuteculas

dissociadas (pH solo gt pKa imazaquin) O aumento da solubilidade em aacutegua diminui

a hidrofobicidade e com isso a capacidade de sorccedilatildeo do imazaquin nos coloacuteides

orgacircnicos do solo (BARIZON et al 2005)

No estudo de BOIVIN et al (2005a) o herbicida natildeo polar trifluralin foi

amplamente sorvido em todos os solos avaliados Este fato pode estar ligado a uma

forte afinidade com as fases soacutelidas devido em grande parte agrave sua natureza

hidrofoacutebica Para o composto quiacutemico bentazone (aacutecido fraco) apenas uma pequena

quantidade foi adsorvida pelo solo provavelmente porque esta moleacutecula tem uma

forte afinidade para a fase liacutequida

Devido a sua natureza hidrofoacutebica o inseticida endosulfan sofre uma

adsorccedilatildeo inicial raacutepida sendo este um fenocircmeno de superfiacutecie preenchendo os locais

vagos nas partiacuteculas do solo em seguida esse composto passa por uma lenta

migraccedilatildeo e difusatildeo para a estrutura da mateacuteria orgacircnica e mineral do solo ficando

imobilizado (KUMAR e PHILIP 2006)

A dessorccedilatildeo representa a liberaccedilatildeo de uma moleacutecula anteriormente sorvida

sua intensidade reflete a reversibilidade do processo sortivo (SILVA et al 2007b) A

mobilidade de um composto no solo pode ser avaliada a partir de estudos de

dessorccedilatildeo (KUMAR e PHILIP 2006) A dessorccedilatildeo eacute um processo chave que afeta o

comportamento das moleacuteculas de pesticidas em solos Ela controla a predisposiccedilatildeo

de um pesticida a ser degradado e ou lixiviados em diferentes tempos (BOIVIN et

al 2005a)

A mateacuteria orgacircnica do solo reduziu a dessorccedilatildeo de endosulfan pois as

moleacuteculas foram fortemente ligadas agrave mateacuteria orgacircnica diminuindo o potencial de

dessorccedilatildeo Em solo arenoso a dessorccedilatildeomobilidade do endosulfan eacute maior Ao

contraacuterio de solos argilosos onde a biodisponibilidade e a mobilidade do endosulfan

satildeo menores (KUMAR e PHILIP 2006)

Uma grande quantidade de isoproturon e atrazine foi liberada apoacutes sucessivas

etapas de dessorccedilatildeo Ambos os pesticidas podem ser sorvidos principalmente em

siacutetios energeacuteticos fracos (interaccedilotildees hidrofoacutebicas) permitindo assim grande

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 18: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

7

liberaccedilatildeo Assim uma grande quantidade de ambas as moleacuteculas pode ser lixiviada

atraveacutes do solo (BOIVIN et al 2005a)

113 Interaccedilatildeo entre sorccedilatildeo e degradaccedilatildeo de pesticidas

Vaacuterias interaccedilotildees satildeo conhecidas entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo Eacute comumente

aceito que a sorccedilatildeo limita a degradaccedilatildeo dos pesticidas Os produtos quiacutemicos

sorvidos satildeo geralmente menos acessiacuteveis para os microrganismos que

preferencialmente ou exclusivamente utilizam produtos quiacutemicos em soluccedilatildeo No

entanto uma relaccedilatildeo inversa entre a sorccedilatildeo e a degradaccedilatildeo natildeo implica

necessariamente que a degradaccedilatildeo de produtos quiacutemicos sorvidas eacute insignificante

Reduccedilotildees na taxa de degradaccedilatildeo muitas vezes natildeo satildeo proporcionais aos aumentos

de sorccedilatildeo (BOIVIN et al 2005b)

12 Pesticidas aacutecidos

Devido a seu caraacuteter ionizaacutevel os pesticidas aacutecidos satildeo encontrados nos solos

principalmente na forma aniocircnica (PAVLOVIC et al 2005) Sendo assim estes

pesticidas sofrem repulsatildeo eletrostaacutetica pelas partiacuteculas do solo fazendo com que sua

sorccedilatildeo ao solo seja mais fraca se comparada aos pesticidas baacutesicos e neutros

(OLIVEIRA JR e REGITANO 2009) Estas caracteriacutesticas fazem com que os

pesticidas aacutecidos tenham elevada mobilidade no ambiente e consequentemente

representem maior risco de contaminaccedilatildeo de aacuteguas (PAVLOVIC et al 2005)

121 Herbicida dicamba

O herbicida dicamba (aacutecido 36-dicloro-2-motoxibenzoacuteico) eacute um regulador de

crescimento (auxina) que apresenta maior efeito sobre dicotiledocircneas sendo

recomendado de modo semelhante ao 24-D para controle de plantas em culturas de

cana-de-accediluacutecar milho trigo e em pastagens Eacute muito utilizado para controlar

algumas espeacutecies de dicotiledocircneas tolerantes ao 24-D como o cipoacute-de-veado

(Polygonum convolvulus L) comum em lavouras de trigo na Regiatildeo Sul do Brasil

De acordo com suas caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas (solubilidade de 720000 mgmiddotL-1

pKa 187 Kow 029 e Koc de 2 mgmiddotg-1

de solo) este composto pode ser facilmente

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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Page 19: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

8

lixiviado representando um potencial poluidor de aacuteguas subterracircneas (bSILVA et al

2007a) Sua estrutura estaacute apresentada na Figura 1

Figura 1 Foacutermula estrutural do dicamba

13 Adsorccedilatildeo

A adsorccedilatildeo eacute uma alternativa interessante para a remediaccedilatildeo ambiental de

corpos drsquoaacutegua contaminados por pesticidas sendo um dos mais eficientes meacutetodos

de remoccedilatildeo de poluentes em aacutegua (MEMOM et al 2008)

14 Materiais de carbono

Nos uacuteltimos anos a crescente demanda por materiais multifuncionais tecircm

incentivado a comunidade cientiacutefica a pesquisa e a produccedilatildeo de novos materiais de

carbono tais como fulerenos nanotubos carbonos porosos nanoestruturados e

nanofibras de carbono (CREEGAN et al1992 GALL et al 1996 TAMON et al

1997 TAMON et al 1999 JIANG et al 2002 STAR et al 2002 VIX-GUTERL et

al 2004 HONG et al 2012 XUEYAN et al 2012 ZHAO et al 2012) Esses

soacutelidos podem apresentar propriedades de elevada aacuterea superficial especifica

resistecircncia mecacircnica resistecircncia teacutermica condutividade eleacutetrica etc (PANG et al

1993 KAWASHIMA et al 2000 SILVA et al 2006 HO et al 2007 ENTERRIA et

al 2012) Estas propriedades permitem diversas aplicaccedilotildees desses materiais dentre

elas como adsorventes (MORENOCASTILLA et al 1995 YU et al 1998 JIANG

et al 2002 GADIOU et al 2005 INAGAKI et al 2008 TERZYK et al 2009 HE e

HU 2012 LI et al 2012)

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 20: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

9

141 Reacuteplicas de carbono

A siacutentese de alguns tipos de materiais de carbono pode ser realizada por meio

de um molde (template) inorgacircnico o que permite o controle da estrutura desses

materiais de carbono Nesse processo um soacutelido precursor de carbono eacute formado ao

redor das moleacuteculas do molde que normalmente satildeo siacutelicas ou zeoacutelitas Apoacutes a

dispersatildeo do precursor de carbono no molde inorgacircnico o material eacute levado a altas

temperaturas agrave atmosfera inerte para a carbonizaccedilatildeo e em seguida eacute feita a remoccedilatildeo

desse molde geralmente por lavagem com soluccedilatildeo aacutecida Estes processos de siacutentese

podem dar origem a materiais de carbono como os compoacutesitos de carbono ou as

reacuteplicas inversas do molde chamadas de reacuteplicas de carbono (VELOSO E RANGEL

2009)

1411 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca (Manihot esculenta Crantz)

Dentre os moldes inorgacircnicos que podem ser utilizados na siacutentese de

materiais de carbono tecircm destaque as argilas silicatadas como a montmorilonita a

saponita e a hectorita todas da classe das smectitas A hectorita soacutedica possui uma

estrutura em camadas no qual cada camada eacute constituiacuteda por trecircs folhas duas folhas

externas compostas de tetraedros de silicatos e uma folha interna central composta de

octaedros de magneacutesio (Figura 2) A substituiccedilatildeo isomoacuterfica de iacuteons magneacutesio da

folha interna central por iacuteons liacutetio produz uma deficiecircncia de cargas positivas nas

folhas Para que a estrutura global da argila permaneccedila eletricamente neutra entre as

camadas ocorre a inserccedilatildeo de caacutetions solvatados por moleacuteculas de aacutegua De modo

geral a hectorita apresenta a seguinte composiccedilatildeo quiacutemica

OnHOHOSiLiMgM xxnx 242086

na qual M+ representa um caacutetion metaacutelico

monovalente geralmente o Na+ x eacute o grau de substituiccedilatildeo isomoacuterfica (normalmente

entre 05 e 13)

10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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10

Figura 2 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de uma hectorita soacutedica Adaptada

de Perotti e colaboradores (PEROTTI et al 2011)

A hectorita apresenta algumas propriedades peculiares como a baixa

reatividade e a facilidade de perda de estrutura de empilhamento devido a sua baixa

densidade de carga em um processo conhecido como esfoliaccedilatildeo Nesse processo de

esfoliaccedilatildeo de argilas em meio aquoso ocorre a hidrataccedilatildeo dos iacuteons presentes no

domiacutenio interlamelar como o soacutedio e o potaacutessio devido agrave sua alta hidrofilicidade

Durante a incorporaccedilatildeo do solvente no domiacutenio interlamelar o aacutetomo de oxigecircnio da

aacutegua se coordena aos iacuteons Na+ enquanto os aacutetomos de hidrogecircnio da moleacutecula

formam ligaccedilotildees de hidrogecircnio e interaccedilotildees do tipo dipolo-dipolo com os aacutetomos de

oxigecircnio da superfiacutecie da argila (HENSEN et al 2002) A pressatildeo osmoacutetica causada

pela solvataccedilatildeo dos caacutetions na intercamada entatildeo se torna suficientemente maior que

as forccedilas que mantecircm a estrutura empilhada por interaccedilatildeo eletrostaacutetica do caacutetion com

a lamela o que permite a separaccedilatildeo das lamelas (BURGENTZLEacute et al 2004

PANDEY et al 2005)

Portanto materiais lamelares que possuem essa caracteriacutestica de faacutecil

esfoliaccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a produccedilatildeo de alguns nanocompoacutesito esfoliados agrave base

de poliacutemeros e argila

Uma alternativa de substrato utilizada como fonte de carbono para a produccedilatildeo

de reacuteplicas e compoacutesitos de carbono satildeo os biopoliacutemeros (SCHNEPP 2013) Dentre

os vaacuterios biopoliacutemeros existentes o amido derivado de mandioca (M esculenta) se

destaca como uma opccedilatildeo interessante pois pode ser produzido em grandes

quantidades a baixo custo (LEBOT 2009) As lavouras de mandioca requerem baixo

tratamento da aacuterea plantada e apresentam alta resistecircncia a pragas comumente

encontradas em outros cultivos (LEBOT 2009) Aleacutem disso o cultivo de mandioca

apresenta o maior rendimento por aacuterea plantada dentre os produtos amilaacuteceos (EL-

Na+ Na+

d0

01

tetrahedral sheet

octahedral sheet

Si

OMg2+ Li+

folha tetraeacutedrica

folha octaeacutedrica

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 22: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

11

SHARKAWY 2004) Uma caracteriacutestica que torna interessante a utilizaccedilatildeo do

amido de mandioca eacute a sua atual comercializaccedilatildeo em quantidades consideraacuteveis isto

eacute jaacute satildeo encontradas no mercado em grande escala

A estrutura do amido eacute constituiacuteda basicamente de dois tipos de

polissacariacutedeos a amilose e a amilopectina (BATES et al 1943) As razotildees entre as

quantidades de amilose e amilopectina diferem segundo a variedade de mandioca

mas normalmente estatildeo entre 20 e 80 respectivamente (CHARLES et al 2005)

A amilose eacute uma moleacutecula linear formada por unidades D-glicose ligadas em (1

4) enquanto que a amilopectina eacute uma moleacutecula altamente ramificada formada por

unidades D-glicose ligadas em (1 4) e com ligaccedilotildees (1 6) nos pontos de

ramificaccedilatildeo As estruturas da amilose e da amilopectina satildeo apresentadas na Figura

3

Figura 3 Estruturas representativas da (a) amilose e da (b) amilopectina

1412 Reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo lamelar

Recentemente foi desenvolvida uma reacuteplica de carbono utilizando os

hidroacutexidos duplos lamelares (HDL) como molde inorgacircnico (LEROUX e DUBOIS

2006 LEROUX et al 2006 STIMPFLING e LEROUX 2010) Os HDL possuem

estrutura similar a brucita um mineral de foacutermula Mg(OH)2 onde os caacutetions

magneacutesio estatildeo localizados no centro de octaedros que possuem em seus veacutertices

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

OH

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

OH H

H

OHH

OH

CH2

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O O O

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

(a)

(b)

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 23: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

12

acircnions hidroxila Estes octaedros compartilham suas arestas formando camadas

planas e neutras que satildeo mantidas juntas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio Quando nesse

tipo de estrutura caacutetions bivalentes satildeo isomorficamente substituiacutedos por caacutetions

trivalentes a lamela passa a apresentar carga residual positiva Para que o sistema

adquira a eletroneutralidade eacute necessaacuteria a presenccedila de acircnions entre as lamelas que

juntamente com moleacuteculas de aacutegua promovem o empilhamento das camadas do

hidroacutexido duplo com domiacutenio interlamelar pouco ordenado Neste caso as lamelas

satildeo mantidas juntas natildeo apenas por ligaccedilotildees de hidrogecircnio como no caso da brucita

mas pela atraccedilatildeo eletrostaacutetica entre as lamelas positivamente carregadas e os acircnions

interlamelares (CAVANI et al 1991 TRONTO 2006) A Figura 4 mostra a

representaccedilatildeo esquemaacutetica de um HDL

Figura 4 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da estrutura de um HDL

Um grande nuacutemero de HDL naturais e sinteacuteticos contendo vaacuterios caacutetions

metaacutelicos tem sido estudados Para formar o HDL os caacutetions metaacutelicos que fazem

parte da camada inorgacircnica devem obrigatoriamente apresentar coordenaccedilatildeo

octaeacutedrica e raio iocircnico na faixa entre 050-074 Aring Por meio da variaccedilatildeo dos caacutetions

metaacutelicos da proporccedilatildeo entre estes e da substituiccedilatildeo do acircnion interlamelar pode ser

preparada uma grande variedade destes materiais (Tabela 1) Tambeacutem eacute possiacutevel a

siacutentese de HDL contendo mais de um caacutetion bivalente eou trivalente o que amplia

H2O M2+M3+

Espaccedilamento interlamelar

Espaccedilamento basal (d)

[Axmm-

∙nH2O]x-

[M1-x2+

Mx3+

(OH)2]x+

Acircnion An-

OH-

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 24: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

13

ainda mais as possibilidades quanto agrave composiccedilatildeo A razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos

M2+

M3+

tambeacutem eacute muito importante na formaccedilatildeo destes materiais A alteraccedilatildeo na

razatildeo entre os caacutetions metaacutelicos causa uma variaccedilatildeo na densidade de carga da lamela

pois como jaacute foi dito anteriormente a carga eacute gerada a partir da substituiccedilatildeo

isomoacuterfica de caacutetions bivalentes por caacutetions trivalentes na estrutura das folhas

inorgacircnicas (CREPALDI e VALIM 1998 VACCARI 1998 RIVES e ULIBARRI

1999 CHOY et al 2000 LEROUX e BESSE 2001 CUNHA et al 2010)

Tabela 1 Associaccedilatildeo de caacutetions metaacutelicos bivalentes e trivalentes em HDL

(TRONTO 2006)

Caacutetion Caacutetion Trivalente

Bivalente Al Fe Cr Co Mn Ni Sc Ga Ti La V Sb Y In Zr

Mg bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull bull

Ni bull bull bull bull bull bull bull

Zn bull bull

Cu bull bull

Co bull bull bull bull bull bull

Mn bull bull bull bull

Fe bull bull

Ca bull

Li bull

Cd bull

tetravalente monovalente

Praticamente natildeo haacute limitaccedilatildeo para a natureza dos acircnions interlamelares que

podem compensar a carga residual positiva das lamelas Entretanto a obtenccedilatildeo de

materiais puros e cristalinos natildeo eacute uma tarefa faacutecil Geralmente acircnions inorgacircnicos

simples que apresentam maior relaccedilatildeo carga raio tecircm tendecircncia maior para serem

intercalados Isto ocorre porque estes acircnions apresentam maior interaccedilatildeo eletrostaacutetica

com as camadas inorgacircnicas Para a intercalaccedilatildeo de acircnions orgacircnicos devem ser

levados em consideraccedilatildeo fatores como a geometria do acircnion a interaccedilatildeo que ocorre

entre os acircnions o tamanho e a relaccedilatildeo entre o tamanho e a carga (LEROUX e

BESSE 2004)

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 25: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

14

2 OBJETIVOS

21 Objetivo geral

O presente trabalho investiga o desenvolvimento de reacuteplicas de carbono

obtidas a partir de materiais lamelares e a avaliaccedilatildeo do uso destes materiais de

carbono como adsorventes em estudos para remoccedilatildeo do pesticida dicamba em

soluccedilatildeo aquosa

22 Objetivos especiacuteficos

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita

soacutedica e amido de mandioca (M esculenta)

Siacutentese e caracterizaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hidroacutexido duplo

lamelar de zincoalumiacutenio intercalado com vinilbenzenosulfonato

Estudo da influecircncia do pH e da temperatura na adsorccedilatildeo do herbicida

dicamba nas reacuteplicas de carbono

Estudo cineacutetico da adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas de carbono

Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo do herbicida dicamba nas reacuteplicas

de carbono

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 26: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

15

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Todos os reagentes utilizados neste trabalho tem grau de pureza analiacutetica e

toda aacutegua utilizada foi previamente destilada e deionizada

Para a siacutentese da nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e

amido de mandioca foi utilizada hectorita soacutedica Laponitereg

da Rockwood Aditives e

amido de mandioca comercial sem preacutevia purificaccedilatildeo

Na preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de HDL foram utilizados os

seguintes reagentes Zn(NO3)2middot6H2O (Sigma-Aldrich 98) Al(NO3)3middot9H2O

(Sigma-Aldrich ge98) NaOH (Sigma-Aldrich ge98) e 4-vinilbenzenosulfonato de

soacutedio (C8H7NaO3S Aldrich ge90)

Nos estudos de adsorccedilatildeo de pesticida em reacuteplicas de carbono utilizou-se o

Padratildeo Analiacutetico do pesticida dicamba (Sigma-Aldrich)

31 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-LAP foi

sintetizada a partir de hectorita soacutedica e amido de mandioca (M esculenta) A

preparaccedilatildeo inicial foi realizada com a adiccedilatildeo de 10 g de amido de mandioca em 200

mL de aacutegua deionizada A suspensatildeo formada foi aquecida a temperatura de 80 oC

sob refluxo e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h formando um gel de aspecto

uniforme Ao mesmo tempo 10 g de hectorita soacutedica foram adicionadas a 200 mL de

aacutegua A suspensatildeo formada foi tambeacutem aquecida a temperatura de 80 oC sob refluxo

e mantida sob agitaccedilatildeo constante por 2 h Apoacutes esse tempo as porccedilotildees contendo

amido e hectorita foram misturadas sob agitaccedilatildeo constante e temperatura de 80 oC

sob refluxo por mais duas horas a mistura obtida apresenta proporccedilotildees iguais em

massa de amido de mandioca e hectorita soacutedica Em seguida o gel foi seco em estufa

a 65 degC e o material resultante foi macerado ateacute formaccedilatildeo de gracircnulos pequenos e

uniformes O material formado foi nomeado como HA50 devido a presenccedila de

hectorita e amido nas mesmas proporccedilotildees Esse material foi entatildeo calcinado sob

atmosfera de nitrogecircnio com fluxo de 150 cm3middotmin

-1 a temperatura de patamar de

850 oC mantida por 4 h O compoacutesito de carbono obtido apoacutes o tratamento teacutermico

foi denominado como CC Em seguida para obtenccedilatildeo da reacuteplica de carbono o CC

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 27: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

16

foi submetido a uma seacuterie de tratamentos quiacutemicos para lixiviaccedilatildeo dos metais e

siliacutecio presentes O CC foi primeiramente suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 600 molmiddotL-1

por 72 h Em seguida o material foi filtrado e lavado com 200 L

de aacutegua deionizada O soacutelido resultante foi resuspenso em uma soluccedilatildeo HF (40 )

por 72 h Apoacutes isto o material resultante e lavado com 200 L de aacutegua deionizada

Por fim a reacuteplica de carbono obtida nomeada como RC-LAP foi seca em estufa a

100 degC e caracterizada por diversas teacutecnicas de anaacutelises

32 Preparaccedilatildeo da reacuteplica de carbono derivada do HDL

A reacuteplica de carbono nomeada a partir de agora como RC-HDL foi

sintetizada a partir de um hidroacutexido duplo lamelar de zinco e alumiacutenio intercalado

com acircnions vinilbenzenosulfonato (Zn2AlVBS) O HDL foi preparado pelo meacutetodo

de coprecipitaccedilatildeo a pH constante como descrito a seguir uma soluccedilatildeo contendo

02 mol de Zn(NO3)2middot6H2O e 01 mol de Al(NO3)3middot9H2O em 0180 L de aacutegua foi

adicionada gota a gota sobre vigorosa agitaccedilatildeo sobre uma soluccedilatildeo contendo 05 mol

de VBS em 0850 L de H2O A suspensatildeo resultante foi agitada por 18 h numa

temperatura de 65 oC O material resultante foi lavado e separado por centrifugaccedilatildeo

seco a vaacutecuo na presenccedila de siacutelica gel Para a polimerizaccedilatildeo do monocircmero

intercalado o Zn2AlVBS foi calcinado sob atmosfera de oxigecircnio com velocidade

de fluxo de 150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 210

oC por 4 h A taxa de

aquecimento foi de 10 oCmiddotmin

-1 o material resultante foi nomeado de Zn2AlVBS-

200 Em seguida para obtenccedilatildeo do compoacutesito de carbono (CC) o material foi

calcinado novamente sob atmosfera de nitrogecircnio com velocidade de fluxo de

150 cm3middotmin

-1 ateacute a temperatura de 650

oC por 4 h Os procedimentos de calcinaccedilatildeo

foram determinados a partir das anaacutelises de TG-DSC-MS Em seguida o material

resultante dos processos de calcinaccedilatildeo foi suspenso em 100 L de uma soluccedilatildeo de

HCl 500 molmiddotL-1

por 72 h Por fim a reacuteplica de carbono (RC) obtida foi

centrifugada lavada com aacutegua separada por filtraccedilatildeo a vaacutecuo A reacuteplica de carbono

obtida nomeada como RC-HDL foi seca em estufa a 100 degC e caracterizada por

diversas teacutecnicas de anaacutelises

17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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17

33 Caracterizaccedilatildeo dos materiais soacutelidos

As anaacutelises de difraccedilatildeo de raios X no poacute foram realizadas em um

equipamento Shimadzu XRD-6000 usando um cristal de grafite como

monocromador para selecionar a radiaccedilatildeo do Cu-Kα1 com λ = 15406 Aring com um

passo de 002ordm s-1

As curvas de ATG-ATD-MS foram realizadas usando um

equipamento Netzsch modelo STA 409 PC ndash Luxx acoplado a um Netzsch modelo

QMS 403 C ndash Aeoumllos A taxa de aquecimento utilizada foi 10 oCmin

-1 com fluxo de

nitrogecircnio (99 N2) de 100 cm3min

-1 a faixa de aquecimento foi da temperatura

ambiente ateacute 1000 oC As anaacutelises de aacuterea superficial e distribuiccedilatildeo de tamanho

meacutedio de poros por adsorccedilatildeo de N2 utilizando o meacutetodo BET foram realizadas num

aparelho Autosorb ndash Quantachrome Nova 1200 Antes das anaacutelises as amostras

foram degaseificadas por 2 h em uma temperatura de 120 oC As anaacutelises de

microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) foram realizadas utilizando um

microscoacutepio de varredura Quanta 3D FEG As amostras foram suportadas no porta

amostra pela dispersatildeo do poacute sobre uma fita adesiva dupla face condutora Uma

cobertura de ouro foi aplicada sobre as amostras antes das medidas utilizando um

Sputter BAL-TEC MED 020 O ponto de carga zero das partiacuteculas foi determinado

por meio de medidas de potencial zeta das partiacuteculas dispersas em soluccedilotildees com

diferentes pH utilizando um titulador automaacutetico acoplado a um sistema de medidas

zeta-sizer Malvern ZetaNano ZS- MPT 2 Medidas de espectroscopia de fotoeleacutetrons

(XPS) foram feitas em um espectrocircmetro UNI-SPECS UHV Os espectros foram

obtidos usando uma fonte de magneacutesio com linha Kα (E = 12536 eV) e a passagem

de energia no analisador foi definida em 10 eV A pressatildeo na cacircmara analiacutetica foi

mantida menor que 10-7

Pa A escala de energia de ligaccedilatildeo foi calibrada utilizando a

linha 4f do Au A composiccedilatildeo superficial do material foi estudada com base nas aacutereas

e energias de ligaccedilatildeo dos niacuteveis centrais C 1s e O 1s para RC-LAP e C 1s O 1s e S

2p para RC-HDL

34 Estudos de adsorccedilatildeo

Em todos os experimentos de adsorccedilatildeo o sobrenadante foi separado do

material soacutelido por centrifugaccedilatildeo

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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Page 29: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

18

341 Sorbato

Para os estudos de adsorccedilatildeo na RC-LAP e RC-HDL foi utilizado como

adsorbato o pesticida dicamba Foi preparada uma soluccedilatildeo estoque do sorbato (1000

mgmiddotL-1

) o pH desta soluccedilatildeo foi medido e o valor encontrado foi de aproximadamente

241 A partir da soluccedilatildeo estoque diluiccedilotildees subsequentes foram feitas em aacutegua

342 Anaacutelise da concentraccedilatildeo do dicamba

A concentraccedilatildeo do dicamba no sobrenadante foi determinada usando um

Espectrofotocircmetro UV-Vis da Thermo modelo Evolution 300 As medidas de

absorvacircncia foram realizadas em um comprimento de onda de 275 nm Para estas

anaacutelises foram utilizadas cubetas de quartzo com caminho oacuteptico de 10 mm

A concentraccedilatildeo do dicamba adsorvido (qe mgmiddotg-1

) na fase adsorvente foi

quantificada conforme a Equaccedilatildeo 1

m

CCVq eo

e

)( (1)

onde C0 eacute a concentraccedilatildeo inicial do sorbato (mgmiddotL-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo final do

sorbato (mgmiddotL-1

) V eacute o volume da soluccedilatildeo (L) e m eacute a massa de reacuteplica de carbono

(g)

343 Estudo do pH e da temperatura de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 10 mg de RC em

20 cm3 de soluccedilotildees contendo o herbicida dicamba (250 mgmiddotL

-1) Os valores de pH

estudados variaram entre 200 e 1100 ajustados por meio de soluccedilotildees tampatildeo e

mantidos a temperatura de 25 oC sob agitaccedilatildeo

Para o estudo da temperatura foram utilizados os seguintes valores de

temperatura 25 oC 35

oC 45

oC e 55

oC a concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de dicamba foi

de 250 mgmiddotL-1

A anaacutelise da concentraccedilatildeo do sorbato foi realizada como descrito

anteriormente Em todos os estudos as suspensotildees foram colocadas em banho

termostatizado sob agitaccedilatildeo durante 24 h

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 30: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

19

344 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

As suspensotildees de estudo foram preparadas pela adiccedilatildeo de 30 mg de RC em

25 cm3 de soluccedilatildeo contendo o herbicida dicamba (500 mgmiddotL

-1) As suspensotildees foram

colocadas em banho termostatizado sob agitaccedilatildeo durante diferentes intervalos de

tempo entre 15 min e 2 h a uma temperatura de 25 oC A anaacutelise da concentraccedilatildeo

do dicamba foi realizada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

345 Determinaccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

Os experimentos realizados para a construccedilatildeo das isotermas de adsorccedilatildeo

foram feitos pelo meacutetodo de batelada Uma massa constante de 30 mg de RC foi

adicionada em 25 cm3 das soluccedilotildees contendo o sorbato A faixa de concentraccedilatildeo das

soluccedilotildees variou de 25 a 1000 mgmiddotL-1

As suspensotildees foram colocadas em um banho

termostatizado a 25 oC sob agitaccedilatildeo durante 24 h Depois deste tempo o material

soacutelido foi separado por centrifugaccedilatildeo A concentraccedilatildeo do sobrenadante foi

determinada por espectroscopia UV-Vis como descrito anteriormente

20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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20

4 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO

41 Nova reacuteplica de carbono derivada de hectorita soacutedica e amido de

mandioca

411 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

Os difratogramas de raios X (DRXP) no poacute obtidos para os materiais satildeo

apresentados na Figura 5 A Figura 5(a) apresenta o DRXP do amido onde o amido

de mandioca nativo apresenta picos de difraccedilatildeo na regiatildeo 2θ entre 15 e 25deg que estatildeo

associados a organizaccedilatildeo hieraacuterquica das cadeias de amilopectina por todo gracircnulo

(GALLANT et al 1997) Os picos observados em (2θ) 149 152 e 230 graus satildeo

caracteriacutesticos da estrutura tipo-A (arranjo monocliacutenico) e os picos mais intensos

observados em 171 e 179 graus satildeo caracteriacutesticos do tipo-B (arranjo hexagonal)

fazendo com que a estrutura cristalina final do amido de mandioca seja uma

combinaccedilatildeo dos dois tipos conhecidos como tipo-C (GALLANT et al 1997) A

Figura 5(b) apresenta o DRXP da hectorita pristina Devido agrave alta natureza

hidrofiacutelica dessa argila o difratograma apresenta um pico largo acima do pico do

espaccedilamento basal relacionado apenas agrave presenccedila de iacuteons Na+ (2θ = 675deg d00l =

131 Aring) Esse fenocircmeno eacute ocasionado pela presenccedila de uma pseudo-camada de

moleacuteculas de aacutegua (valor proacuteximo a 25 Aring de espessura) que rodeiam os caacutetions

presentes no domiacutenio interlamelar acarretando em um aumento no espaccedilamento

basal detectado (BRIGATTI et al 2006) A Figura 5(c) mostra o DRXP para o

HA50 o aparecimento do pico em 2θ = 61 graus (marcado na figura com o sinal )

indica a presenccedila da hectorita no material Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila de

picos exibindo vaacuterias ordens de reflexatildeo basal (00l) indicado a existecircncia de uma

estrutura lamelar ordenada O espaccedilamento basal calculado a partir do pico d(001) foi

de 135 nm Descontando-se o valor da espessura da lamela da argila hectorita que eacute

de 096 nm a distacircncia interlamelar encontrada eacute de 04 nm Este valor de distacircncia

interlamelar sugere a incorporaccedilatildeo de monocamadas de moleacuteculas de amilose eou

amilopectina entre as lamelas da argila Nesse arranjo interlamelar as biomoleacuteculas

provavelmente adotam uma orientaccedilatildeo preferencial onde os aneacuteis estatildeo paralelos agraves

lamelas inorgacircnicas A Figura 5(d) apresenta o difratograma da RC-LAP a ausecircncia

de picos de difraccedilatildeo demonstra que os tratamentos teacutermicos e quiacutemicos provocaram a

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 32: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

21

degradaccedilatildeo da estrutura lamelar ordenada formando um composto amorfo Os picos

marcados com satildeo referentes ao alumiacutenio do porta amostras utilizado A Figura

5(e) apresenta o difratograma da RC-LAP-dicamba que eacute referente agrave RC-LAP

submetida ao experimento de adsorccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de dicamba foi de

1500 mgmiddotL-1

esta eacute a concentraccedilatildeo maacutexima de adsorccedilatildeo deste pesticida na RC-LAP

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsi

dad

e (u

a)

Graus (2)

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5 DRXP dos materiais (a) amido de mandioca (b) hectorita (c) HA50

(d) RC-LAP (e) RC-LAP-dicamba ( picos referentes ao alumiacutenio do porta

amostra)

A Figura 6 apresenta os resultados de TGA-MS para no HA50 A primeira

etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura ambiente ateacute 240 oC com a

detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 17 e mz = 18 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) e vapor de aacutegua (H2O) respectivamente A partir da temperatura de

190 oC eacute possiacutevel notar a detecccedilatildeo do fragmento mz = 44 referente a liberaccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta primeira etapa a perda de massa de material foi de

980 A segunda etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 240 oC

ateacute 600 oC com a detecccedilatildeo dos fragmentos mz = 16 mz = 17 mz = 18 e mz = 44

referentes agrave liberaccedilatildeo de metano (CH4) radicais hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua

(H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) respectivamente (AGGARWAL et al 1997) Nesta

2 (graus)

22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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22

etapa a perda de massa do material foi de 334 A terceira e uacuteltima etapa de

decomposiccedilatildeo teacutermica ocorre da temperatura de 600 oC ateacute 1000

oC com a detecccedilatildeo

dos fragmentos mz = 17 mz = 18 e mz = 44 referentes agrave liberaccedilatildeo de radicais

hidroxila (bullOH) vapor de aacutegua (H2O) e gaacutes carbocircnico (CO2) Nesta etapa a perda de

massa do material foi de 330 As condiccedilotildees de taxa de aquecimento e o fluxo de

gaacutes N2 utilizados para a siacutentese da RC-LAP foram as mesmas utilizadas nas anaacutelises

de TGA-MS

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

1x10-9

2x10-9

mz = 16

mz = 17

mz = 18

mz = 44

200 400 600 800 1000

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

Co

rren

te d

o iacute

on

(A

)

Figura 6 TGA-MS para o HA50

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-LAP eacute apresentada na

Figura 7 De acordo com a classificaccedilatildeo da International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) esta isoterma eacute do tipo IV tiacutepica de materiais mesoporosos

(IUPAC 1985) Para este material o valor da aacuterea superficial calculada pelo meacutetodo

BET foi de 1642 m2middotg

-1

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 34: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1008060402

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressao Relativa (PP0)

Adsorccedilao

Desorccedilao

00

Figura 7 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-LAP

A Figura 8 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-LAP realizada por meio

do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de poros

com um tamanho de mesoporos centrado em 13 nm

0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Tamanho de poro (nm)

Figura 8 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-LAP pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV para HA50 e RC-LAP satildeo

apresentadas na Figura 9 O HA50 Figura 9(a) apresenta morfologia compacta

com partiacuteculas de diferentes tamanhos e formas Para a RC-LAP Figura 9(b) as

partiacuteculas tambeacutem apresentam tamanhos e formas bastante diferentes Entretanto

para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas apresentado um grande

nuacutemero de poros

24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

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24

Figura 9 Imagens representativas de MEV para (a) HA50 (b) RC-LAP

O espectro XPS para a RC-LAP eacute apresentado na Figura 10 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

aacutetomos da superfiacutecie do material A RC-LAP tem um pico para o C1s com energia de

ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na literatura (XIE

e SHERWOOD 1990) O C1s representa 9420 dos aacutetomos da superfiacutecie total da

RC-LAP O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5331 eV e representa 502 dos

aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos picos F1s Cl2p e

Mg2s com energias de ligaccedilatildeo em 68960 20060 e 8985 respectivamente Estes

uacuteltimos representam 078 da superfiacutecie do material O fluacuteor e o cloro satildeo

provavelmente procedentes dos tratamentos aacutecidos com HCl e HF aplicados durante

a siacutentese da RC-LAP o Mg eacute procedente da composiccedilatildeo da hectorita

1000 800 600 400 200 00

2

4

6

8

10

12

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

Mg

2s

Cl 2

p

C 1

s

O 1

s

O K

LL

F 1

sC K

LL

x 105

Figura 10 Levantamento do espectro de XPS para a RC-LAP

(a) (b)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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25

A Figura 11 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s)

da RC-LAP O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s e O1s eacute apresentado na

Tabela 2 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-C=O com

energias de ligaccedilatildeo de 28615 28701 e 28849 eV respectivamente aleacutem da

presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-C O-C=O com energias de ligaccedilatildeo de 53122 53302 e 53456 eV

respectivamente

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

14

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

cp

s)

x104

C-C aromatic

C 1

splasmon 2 p-p O-C=O

C=O C-O

C-Hplasmon 1 p-p

(a)

538 536 534 532 530 528

28

30

32

34

36

38

40

Binding Energy (eV)

Inte

nsity (

CP

S)

x103

O-C=O

O=C

O-C

O 1

s

(b)

Figura 11 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) e (b) oxigecircnio (O1s) da RC-LAP

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

C-C aromaacutetico

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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HSO XU GQ HOR TSA Platinum Deposition on Carbon Nanotubes via

Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998

ZHAO MQ ZHANG Q HUANG JQ WEI F Hierarchical Nanocomposites

Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis

and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012

ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

pesticides in surface water and sediments from Qiantang River East China Journal

of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 37: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

26

Tabela 2 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) e oxigecircnio (O1s) da RC-LAP por

XPS

Atribuiccedilatildeo do sinal E (eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28436) 6557

C-H (28530) 1262

C-O (28615) 573

C=O (28701) 520

O-C=O (28849) 388

O1s O=C (53122) 2304

O-C (53302) 5419

O-C=O (53456) 2278

412 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

4121 Efeito do pH

Um dos fatores determinantes que controlam o fenocircmeno de adsorccedilatildeo eacute o pH

do meio reacional influenciando tanto os grupos quiacutemicos da superfiacutecie do

adsorvente quanto a carga do adsorbato Para valores de pH maiores que o pKa do

dicamba (pKa = 187) a moleacutecula do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com

relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-LAP) em valores de pH menores que o pH onde a

densidade de carga na superfiacutecie eacute zero (pHpzc) a RC-LAP fica carregada

positivamente e em valores de pH maiores que o pHpzc a RC-LAP fica carregada

negativamente O pHpzc encontrado para a RC-LAP foi de 41

A Figura 12 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-LAP nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

LAP por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-LAP o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 2222 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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TAMON H ISHIZAKA H YAMAMOTO T SUZUKI T Preparation of

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TERZYK AP FURMANIAK S GAUDEN PA AND KOWALCZYK P

Fullerene-intercalated Graphene Nano-containers mdash Mechanism of Argon

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Page 38: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

27

superfiacutecie da RC-LAP se encontra proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 1111 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie da RC-LAP estaacute

carregada negativamente (pH pHpzc) o que explica a diminuiccedilatildeo da adsorccedilatildeo do

herbicida pela RC-LAP nestes valores Aleacutem disso em valores de pH acima de 7

pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie da RC-LAP entre o herbicida carregado

negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

40

80

120

160

200

240

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 12 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-LAP

4122 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

revelou que a quantidade do herbicida adsorvido diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

dkRTG ln (2)

STHG (3)

onde kd corresponde agrave razatildeo entre qe e Ce Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo

mostrados na Tabela 3

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 39: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

28

Tabela 3 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-6460 -4991 -3523 -2055 -5095 -1468

O valor do G aleacutem de medir a forccedila que orienta determinada reaccedilatildeo

tambeacutem indica o quatildeo distante do equiliacutebrio estaacute o estado inicial do sistema

(YAVUZ et al 2003) Os valores negativos de G obtidos nestes experimentos para

todas as temperaturas estudadas e que se tornam menos negativos com o aumento da

temperatura (Tabela 3) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que

aquelas em soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo mais favoraacutevel eacute obtida a menores

temperaturas O pequeno valor negativo do H (-5095 kJmiddotmol-1

) indica que o

processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo fracas forccedilas de

atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo da RC-LAP com o

aumento da temperatura pois como o processo de adsorccedilatildeo foi exoteacutermico o

equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido endoteacutermico ou seja no sentido de

adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-1468 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP sugere

uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4123 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

41231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba pela RC-LAP eacute

apresentado na Figura 13

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 40: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

29

205

210

215

220

22201816141210080604

qe (

mg

g-1

)

Tempo (h)

02

Figura 13 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-LAP

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 hora

41232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP foi investigada por trecircs

modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-ordem e

o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A equaccedilatildeo de pseudo primeira-ordem eacute

apresentada pela equaccedilatildeo 4

tet qqk

dt

dq 1 (4)

Em que k1 eacute a constante de velocidade de pseudo primeira-ordem qt eacute a

quantidade adsorvida no tempo t e qe eacute a quantidade adsorvida no equiliacutebrio Depois

da integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 4 e aplicando as condiccedilotildees que qt = 0 a t = 0 e qt = qt a t =

t a equaccedilatildeo 4 transforma-se na equaccedilatildeo 5

tk

qqq ete3032

loglog 1 (5)

A equaccedilatildeo de pseudo segunda-ordem pode ser expressa pela equaccedilatildeo 6

22 tet qqk

dt

dq (6)

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Materials Prog Chem v24 n0203 p262-274 2012

YAVUZ O ALTUNKAYNAK Y GUumlZEL F Removal of copper nickel cobalt

and manganese from aqueous solution by kaolinite Water Res v37 n4 p948-952

2003

YU RQ CHEN LW LIU QP LIN JY TAN KL NG SC CHAN

HSO XU GQ HOR TSA Platinum Deposition on Carbon Nanotubes via

Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998

ZHAO MQ ZHANG Q HUANG JQ WEI F Hierarchical Nanocomposites

Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis

and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012

ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

pesticides in surface water and sediments from Qiantang River East China Journal

of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 41: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

30

Em que k2 eacute a constante de velocidade de segunda ordem Fazendo a

integraccedilatildeo da equaccedilatildeo 6 e aplicando as condiccedilotildees iniciais tem-se

tk

qqq ete

2

11

(7)

Ou equivalentemente

tqqkq

t

eet

112

2

(8)

Caso os modelos acima natildeo forneccedilam um mecanismo definitivo o modelo de

difusatildeo intrapartiacutecula proposto por Weber e Morris pode ser testado O modelo estaacute

representado pela equaccedilatildeo 9

Ctkq it 50 (9)

Em que ki eacute a constante da taxa de difusatildeo intrapartiacutecula e C o intercepto

Muitas vezes o modelo de difusatildeo fornece duas etapas com inclinaccedilotildees diferentes o

que sugere que o mecanismo procede em duas fases de adsorccedilatildeo sendo a primeira

relativa ao efeito da camada limite e a segunda agrave difusatildeo intrapartiacutecula ou em poros

A validade destes modelos foi checada pelos graacuteficos lineares de cada

equaccedilatildeo log (qe ndash qt) vs t para o modelo de pseudo primeira-ordem tqt vs t para o

modelo de pseudo segunda-ordem e qt vs t05

para a difusatildeo intrapartiacutecula

respectivamente Para a avaliaccedilatildeo quantitativa do melhor modelo cineacutetico os

coeficientes de correlaccedilatildeo (R2) foram comparados

Como o intercepto da reta obtido no modelo de pseudo primeira-ordem deve

ser igual a log (qe) de acordo com a equaccedilatildeo 5 a validade do modelo estaacute

condicionada natildeo apenas ao coeficiente de correlaccedilatildeo mas tambeacutem agrave satisfaccedilatildeo da

igualdade do qe anteriormente verificado e qe encontrado pela regressatildeo linear

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP Isso confirma que o controle do mecanismo

de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos calculados

31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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31

para o dicamba adsorvido na RC-LAP seguindo o modelo cineacutetico de pseudo

segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 4

Tabela 4 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middoth-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R2

0180 2227 0999

Na Figura 14 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

200

205

210

215

220

14121008

qt (

mg

middotg-1

)

Tempo12

06

Figura 14 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-LAP

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa a difusatildeo

intrapartiacutecula

4124 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais obtidos foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir

e Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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32

O modelo da Isoterma de Langmuir eacute descrito pela equaccedilatildeo 10

e

ee

bC

bCQq

1

max (10)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente (mg

g-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do sorbato no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) Qmax (mgmiddotg-1

) e b

(Lmiddotmg-1

) satildeo constantes relacionadas com a capacidade de adsorccedilatildeo maacutexima e a

energia de adsorccedilatildeo respectivamente

A equaccedilatildeo de Langmuir pode ser rearranjada e colocada na sua forma linear

que eacute a mais adequada para a determinaccedilatildeo da capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo

(Qmax) (Equaccedilatildeo 11)

maxmax

1

Q

C

bQq

C e

e

e (11)

O modelo de Langmuir supotildee que a superfiacutecie do adsorvente possua siacutetios

energeacuteticos idecircnticos e que cada moleacutecula do adsorbato ocupe um uacutenico siacutetio

consequentemente prevecirc a formaccedilatildeo de uma monocamada de cobertura de adsorbato

na superfiacutecie do adsorvente

O modelo da Isoterma de Freundlich que eacute conhecido ser satisfatoacuterio para

baixas concentraccedilotildees do adsorbato eacute expresso pela equaccedilatildeo 12

n

eFe Ckq1

(12)

onde qe eacute a quantidade adsorvida do soluto no equiliacutebrio por grama do sorvente

(mgmiddotg-1

) Ce eacute a concentraccedilatildeo do soluto no equiliacutebrio (mgmiddotL-1

) kF e n satildeo constantes

de Freundlich que relatam a capacidade de adsorccedilatildeo e a intensidade da adsorccedilatildeo

respectivamente

A equaccedilatildeo 12 tambeacutem pode ser linearizada para a forma logariacutetmica

(Equaccedilatildeo 13) que permite a determinaccedilatildeo das constantes de Freundlich

Fee kCn

q loglog1

log (13)

33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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33

A isoterma de Freundlich descreve o equiliacutebrio em superfiacutecies heterogecircneas e

por esta razatildeo natildeo assume uma capacidade de adsorccedilatildeo em monocamada A Figura

15 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-LAP

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

C

e (mgmiddotL

-1)

qe (

mgmiddotg

-1)

Experimental

Freundlich

Langmuir

Figura 15 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP

A Tabela 5 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 5

Tabela 5 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

LAP

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

2519 001276 0989 3590 2475 0950

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-LAP adsorveu 2519 mg (114

mmol) de dicamba

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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XUEYAN W KAIXUE W JIESHENG C Preparation of Porous Carbon

Materials Prog Chem v24 n0203 p262-274 2012

YAVUZ O ALTUNKAYNAK Y GUumlZEL F Removal of copper nickel cobalt

and manganese from aqueous solution by kaolinite Water Res v37 n4 p948-952

2003

YU RQ CHEN LW LIU QP LIN JY TAN KL NG SC CHAN

HSO XU GQ HOR TSA Platinum Deposition on Carbon Nanotubes via

Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998

ZHAO MQ ZHANG Q HUANG JQ WEI F Hierarchical Nanocomposites

Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis

and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012

ZHOU R ZHU L YANG K CHEN Y Distribution of organochlorine

pesticides in surface water and sediments from Qiantang River East China Journal

of Hazardous Materials v137 n1 p68-75 2006

Page 45: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

34

42 Reacuteplica de carbono derivada do HDL

421 Caracterizaccedilatildeo dos soacutelidos

O DRXP obtido para o material precursor eacute apresentado na Figura 16(a) O

valor de espaccedilamento basal encontrado para o Zn2AlVBS calculado a partir da

equaccedilatildeo de Bragg e da meacutedia dos picos basais (00l) (003) (006) (009) (0012) e

(0015) foi de 182 Aring Este valor de espaccedilamento basal eacute coerente com a formaccedilatildeo de

bicamadas de acircnions VBS entre lamelas inorgacircnicas do HDL O valor de

espaccedilamento basal estaacute de acordo com os valores reportados na literatura para este

tipo de material (LEROUX e TAVIOT-GUEacuteHO 2005)

10 20 30 40 50 60 70

(003)

(0015)

(0012)

(009)

(003)

(006)

(d)

(c)

(e)

Inte

nsid

ad

e u

a

(b)

(a)

2 (graus)

Figura 16 DRXP dos materiais (a)Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-200 (c) CC (

ZnAl2O4 ZnO e grafite) (d) RC-HDL (e) RC-HDL-dicamba

O HDL calcinado a temperatura de 200 oC nomeado de Zn2AlVBS-200

apresenta uma menor organizaccedilatildeo estrutural Figura 16(b) Para este material os

picos basais (00l) estatildeo deslocados em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS o valor de

35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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35

espaccedilamento basal calculado apenas com o pico basal (003) foi de 167 Aring Esta

contraccedilatildeo do espaccedilamento basal do Zn2AlVBS-200 em relaccedilatildeo ao Zn2AlVBS eacute

ocasionada pelo processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica dos acircnions VBS e perda de aacutegua

interlamelar O confinamento dos monocircmeros VBS dentro das lamelas inorgacircnicas

do HDL proporciona apoacutes o processo de polimerizaccedilatildeo teacutermica a formaccedilatildeo de um

poliacutemero cuja cadeia principal apresenta uma organizaccedilatildeo estrutural na qual as

unidades monomeacutericas estatildeo distribuiacutedas como num poliacutemero do tipo sindiotaacutetico

Este tipo de processo evita a formaccedilatildeo de ligaccedilotildees cruzadas que podem

consequentemente alterar as propriedades dos poliacutemeros formados

Para o material tratado termicamente a temperatura de 700 oC nomeado de

compoacutesito de carbono CC o difratograma eacute apresentado na Figura 16(c) Aleacutem da

formaccedilatildeo de um composto amorfo de carbono os dados da difraccedilatildeo de raios X

permitem notar a presenccedila de vaacuterias fazes entre elas ZnO (ICDS 086254) ZnAl2O4

(ICDS 026849) e grafite (ICDS 031829)

Os difratogramas para a RC-HDL antes e apoacutes os experimentos de adsorccedilatildeo

com soluccedilatildeo de dicamba na concentraccedilatildeo de 1500 mgmiddotL-1

satildeo apresentados na

Figura 16(d) e (e) Nota-se que a lavagem aacutecida foi eficiente para a lixiviaccedilatildeo dos

metais presentes da estrutura do CC e que um material amorfo foi formado

As curvas de TG-DTG-DSC e TG-MS para a decomposiccedilatildeo teacutermica do

Zn2AlVBS em atmosfera de ar sinteacutetico e de nitrogecircnio satildeo apresentadas nas Figuras

17 e 18 respectivamente Na primeira etapa de decomposiccedilatildeo teacutermica no intervalo

de temperatura de 25 ateacute 200 oC a perda de massa do Zn2Al-VBS em atmosfera de ar

sinteacutetico e nitrogecircnio ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) de intercalaccedilatildeo e

de adsorccedilatildeo Na segunda etapa de decomposiccedilatildeo entre a temperatura de 200 oC e

400 oC o composto continua a perder H2O (mz = 18) devido a dexidroxilaccedilatildeo das

lamelas inorgacircnicas Nas duas primeiras etapas de decomposiccedilatildeo as curvas de DSC

mostram a ocorrecircncia de processos endoteacutermicos Na terceira etapa de decomposiccedilatildeo

teacutermica para a anaacutelise realizada em atmosfera de ar sinteacutetico a faixa de

decomposiccedilatildeo teacutermica de 400 ateacute 650 oC ocorre com a eliminaccedilatildeo de H2O (mz =

18) CO2 (mz = 44) CH2O2 ou C2H6O (mz = 46) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz =

78) Em atmosfera de N2 a terceira etapa de decomposiccedilatildeo natildeo apresenta a

eliminaccedilatildeo de H2O (mz = 18) CO2 (mz = 44) SO2 (mz = 64) e CS2H2 (mz = 78)

Nesta etapa a curva DSC mostra a ocorrecircncia de um processo exoteacutermico

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 47: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

36

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

DT

G (

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

exo

-2

0

2

4

6

8

10

12

DS

C(

mW

mg

)

(a)

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

x100

x10

Mass

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

x100

(b)

0

2x10-10

4x10-10

6x10-10

8x10-10

1x10-9

1x10-9

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m78)A

Figura 17 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera ar sinteacutetico

37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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37

-25

-20

-15

-10

-05

00

05

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (oC)

Mas

sa (

)

(a)

exo

DT

G(

m

in)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

50

60

70

80

90

100

Temperatura (o

C)

QMID(s1 m18)A

QMID(s1 m44)A

QMID(s1 m46)A

QMID(s1 m64)A x 10

QMID(s1 m78)A x 50

(b)

Mass

a (

)

Figura 18 Zn2AlVBS (a) TG-DTG-DSC (b) TG-MS mz = 18 mz = 44 mz = 46

mz = 64 mz = 78 atmosfera de N2

A isoterma de adsorccedilatildeo-dessorccedilatildeo de N2 para a RC-HDL eacute apresentada na

Figura 19 De acordo com a classificaccedilatildeo da IUPAC esta isoterma eacute do tipo IV

tiacutepica de materiais mesoporosos Para este material o valor da aacuterea superficial

calculada pelo meacutetodo BET foi de 2345 m2middotg

-1

-10

-05

00

05

10

15

20

25

DS

C (

mW

mg)

38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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38

00 02 04 06 08 10

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vad

s (m

L -

ST

Pmiddotg

-1)

Pressatildeo relativa (PP0)

Adsorccedilatildeo

Dessorccedilatildeo

Figura 19 Isoterma de adsorccedilatildeodessorccedilatildeo de N2 da RC-HDL

A Figura 20 apresenta a distribuiccedilatildeo de poros para RC-HDL realizada por

meio do meacutetodo BJH O material exibe uma distribuiccedilatildeo relativamente estreita de

poros com um tamanho de mesoporo centrado em 29 Aring

0 20 40 60 80 100 120

0

2

4

6

8

Tamanho de poro (Aring)

dV

dlo

gD

(cm

3middotg

-1)

Figura 20 Distribuiccedilatildeo de poros da RC-HDL pelo meacutetodo BJH

As imagens representativas de MEV dos materiais preparados satildeo

apresentadas na Figura 21 Para o Zn2AlVBS Figura 21(a) a imagem mostra uma

morfologia com placas (folhas) sobrepostas Com o tratamento teacutermico agrave 200 oC

Zn2AlVBS-200 (Figura 21b) a imagem mostra a formaccedilatildeo de uma superfiacutecie mais

39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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39

compactada Para a RC-HDL Figura 21(c) as partiacuteculas apresentam tamanhos e

formas diferentes Entretanto para este material as partiacuteculas natildeo estatildeo compactadas

apresentado poros

Figura 21 Imagens representativas de MEV para (a) Zn2AlVBS (b) Zn2AlVBS-

200 (c) RC-HDL

(a)

(b)

(c)

40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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40

O espectro XPS para a RC-HDL eacute apresentado na Figura 22 O levantamento

do espectro eacute inicialmente exibido de forma geral com o objetivo de caracterizar os

grupos funcionais da superfiacutecie do material A RC-HDL tem um pico para o C1s com

energia de ligaccedilatildeo do carbono grafiacutetico em 2846 eV valor igual ao reportado na

literatura (XIE e SHERWOOD 1990) O C1s representa 8908 dos aacutetomos da

superfiacutecie total da RC-HDL O O1s apresenta energia de ligaccedilatildeo em 5321 eV e

representa 751 dos aacutetomos da superfiacutecie Tambeacutem eacute possiacutevel notar a presenccedila dos

picos Al2p S2p e Zn2p e Na1s com energias de ligaccedilatildeo em 7485 16435 102210 e

107010 respectivamente O Al2p e S2p representam 130 e 203 da superfiacutecie do

material O Zn (006) e o Na (002) satildeo procedentes dos reagentes de partida da

siacutentese do HDL intercalado com o VBS

1000 800 600 400 200 0

0

2

4

6

8

10

12

O 2

s

Al 2p

Al 2s

S 2

p

Na K

LL

Na 1

s

Zn 2

p

C K

LL

O K

LL O

1s

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x 105

C 1

s

Figura 22 Levantamento do espectro de XPS para a RC-HDL

A Figura 23 apresenta o espectro XPS para o carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e

enxofre da RC-HDL O resultado da deconvoluccedilatildeo dos picos do C1s O1s e S2p eacute

apresentado na Tabela 6 Para o C1s eacute possiacutevel notar a presenccedila de C-O C=O e O-

C=O com energias de ligaccedilatildeo de 28445 28624 e 28919 eV respectivamente aleacutem

da presenccedila jaacute esperada de C-C e C-H Para o O1s pode ser observada a presenccedila de

O=C O-Al e O-S O-C e O-C=O Para o S2p observa-se a presenccedila de CS2 ZnS -

SO3 e -SO4

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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41

294 292 290 288 286 284 282

2

4

6

8

10

12

plasmon 2 p-pO-C=O

C=O

C-O

C-H

C-C aromatic

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

C 1

s

plasmon 1 p-p

x104

538 536 534 532 530 528

30

32

34

36

38

40

42

44

46

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

x103

O 1

s

O=C O-Al O-SO-C

O-C=O

172 170 168 166 164 162

35

40

45

50

55

60

65

70

Inte

nsi

dad

e (c

ps)

Energia de ligaccedilatildeo (eV)

CS2 ZnS S2p32

CS2 ZnS S2p12

-SO3 S2p32-SO3 S2p12

-SO4 S2p12

-SO4 S2p32

S 2

p

x102

Figura 23 Espectro XPS para (a) carbono (C1s) (b) oxigecircnio (O1s) e (c) enxofre

(S2p) da RC-HDL

C-C aromaacutetico

(a)

(b)

(c)

42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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42

Tabela 6 Porcentagens atocircmicas de carbono (C1s) oxigecircnio (O1s) e enxofre (S2p)

por XPS da RC-HDL

Atribuiccedilatildeo do sinal E(eV) Aacuterea ()

C1s C-C (28445) 6589

C-H (28595) 1483

C-O (28624) 844

C=O (28755) 377

O-C=O (28919) 353

O1s O=C O-Al e O-S (53144) 3986

O-C (53271) 3835

O-C=O (53399) 2179

S2p CS2 ZnS S2p32 (16396) 5337

CS2 ZnS S2p12 (16516) 2669

-SO3 S2p32 (16720) 529

-SO3 S2p12 (16830) 265

-SO4 S2p32 (16891) 800

-SO4 S2p12 (17001) 400

422 Experimentos de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

4221 Efeito do pH

Para valores de pH maiores que o pKa do dicamba (pKa = 187) a moleacutecula

do herbicida estaraacute na forma aniocircnica Com relaccedilatildeo ao adsorvente (RC-HDL) em

valores de pH menores que o pH onde a densidade de carga na superfiacutecie eacute zero

(pHpzc) a RC-HDL fica carregada positivamente e em valores de pH maiores que o

pHpzc a RC-HDL fica carregada negativamente O pHpzc encontrado para a RC-HDL

foi de 61

A Figura 24 apresenta o estudo da influecircncia do pH do meio reacional no

processo de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Em todos os valores de pH estudados

a moleacutecula do herbicida estaacute desprotonada na forma aniocircnica (pH pKa)

Em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie da RC-HDL nos valores de pH estudados de 20 e

40 esta se encontra carregada positivamente (pH pHpzc) Assim as espeacutecies

43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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43

carregadas negativamente do dicamba satildeo atraiacutedas pela superfiacutecie positiva da RC-

HDL por meio de interaccedilotildees eletrostaacuteticas Para o valor de pH = 2 existe uma maior

quantidade de espeacutecies carregadas positivamente na superfiacutecie da RC-HDL o que

explica a sua alta capacidade de adsorccedilatildeo de 21118 mgmiddotg-1

Para o pH = 4 onde a

superfiacutecie da RC-HDL se encontra mais proacuteximo do valor de pHpzc a capacidade de

adsorccedilatildeo diminui pela metade com valor de 11373 mgmiddotg-1

Nos valores de pH proacuteximos de 60 80 e 115 a superfiacutecie do RC-HDL estaacute

proacutexima da neutralidade (pH pHpzc) ou carregada negativamente (pH pHpzc) o

que explica a baixa capacidade de adsorccedilatildeo do herbicida pelo RC-HDL Aleacutem disso

em valores de pH acima de 7 pode ocorrer uma competiccedilatildeo pela superfiacutecie do RC-

HDL entre o herbicida carregado negativamente e grupos OH- do meio

2 4 6 8 10 12

30

60

90

120

150

180

210

qe

(mgg

-1)

pH

Figura 24 Efeito do pH na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em RC-HDL

4222 Efeito da temperatura

O estudo da influecircncia da temperatura na adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

revelou que a quantidade do herbicida adsorvida diminui com o aumento da

temperatura Para obter os paracircmetros termodinacircmicos da adsorccedilatildeo ∆H (variaccedilatildeo da

entalpia) ∆S (variaccedilatildeo da entropia) e ∆G (variaccedilatildeo da energia livre de Gibbs) foram

utilizadas as equaccedilotildees 2 e 3

Os paracircmetros termodinacircmicos obtidos satildeo mostrados na Tabela 7

44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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44

Tabela 7 Energia livre de Gibbs entalpia e entropia de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-

HDL

Go (Jmiddotmol

-1) H

o (kJmiddotmol

-1) S

o (JmiddotK

-1middotmol

-1)

303 K 313 K 323 K 333 K

-891 -590 -290 9 -9985 -3002

Os valores negativos de G obtidos nos experimentos para as temperaturas de

303 313 e 323 K e que se tornam menos negativos com o aumento da temperatura

(Tabela 7) indicam que as formas adsorvidas satildeo mais estaacuteveis que aquelas em

soluccedilatildeo e que uma adsorccedilatildeo menos favoraacutevel eacute obtida a maiores temperaturas Para o

experimento de adsorccedilatildeo em temperatura de 333 K o G foi positivo indicando que a

adsorccedilatildeo natildeo eacute favoraacutevel nesta temperatura O pequeno valor negativo do H (-9985

kJmiddotmol-1

) indica que o processo de adsorccedilatildeo foi de natureza exoteacutermica envolvendo

fracas forccedilas de atraccedilatildeo Isso explica a diminuiccedilatildeo da capacidade de adsorccedilatildeo do RC-

HDL com o aumento da temperatura o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo se desloca no sentido

endoteacutermico ou seja no sentido de adsorver menos quantidade de dicamba

O S 0 (-3002 JmiddotK-1

middotmol-1

) para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

sugere uma diminuiccedilatildeo da desordem na interface soacutelido-soluccedilatildeo apoacutes a adsorccedilatildeo

possivelmente devido agrave ligaccedilatildeo das moleacuteculas do dicamba com a superfiacutecie do

adsorvente

4223 Cineacutetica de adsorccedilatildeo

42231 Efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo de dicamba na RC-HDL

O efeito do tempo de contato na adsorccedilatildeo do herbicida dicamba pela RC-

HDL eacute apresentado na Figura 25

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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Page 56: RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: … · 2015-07-22 · MARINA DE CARVALHO EUFRÁSIO PINTO RÉPLICAS DE CARBONO DERIVADAS DE MATERIAIS LAMELARES: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO

45

02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22

215

220

225

230

235

240

245

250

qe(m

gg

-1)

Tempo (horas)

Figura 25 Efeito do tempo na adsorccedilatildeo do pesticida dicamba pela RC-HDL

Os experimentos de cineacutetica mostraram que o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo foi

alcanccedilado a partir de aproximadamente 1 h

42232 Modelo cineacutetico

A cineacutetica de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL tambeacutem foi investigada por

trecircs modelos o modelo de pseudo primeira-ordem o modelo de pseudo segunda-

ordem e o modelo de difusatildeo intrapartiacutecula A descriccedilatildeo destes modelos foram

apresentadas pelas equaccedilotildees 4 a 9

Os estudos cineacuteticos revelaram que para as trecircs equaccedilotildees cineacuteticas testadas o

modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor descreveu os dados cineacuteticos

para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL Isso confirma que o controle do

mecanismo de velocidade da adsorccedilatildeo eacute a adsorccedilatildeo quiacutemica Os paracircmetros cineacuteticos

calculados para o dicamba adsorvido na RC-HDL seguindo o modelo cineacutetico de

pseudo segunda-ordem satildeo apresentados na Tabela 8

Tabela 8 Caacutelculo de paracircmetros cineacuteticos segundo o modelo de pseudo-segunda

ordem

k2 (gmiddotmg-1

middotmin-1

)

qe (mgmiddotg-1

)

R22

00026 2500 0999

46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

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46

Na Figura 26 satildeo apresentados os resultados obtidos para os dados cineacuteticos

segundo o modelo de difusatildeo intra-partiacutecula

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

215

220

225

230

235

240

245

250

qt (

mgg

-1)

Tempo12

Figura 26 Modelo de difusatildeo intrapartiacutecula para os estudos cineacuteticos de adsorccedilatildeo do

dicamba em RC-HDL

O modelo de difusatildeo intrapartiacutecula eacute utilizado como ferramenta de

identificaccedilatildeo do mecanismo de adsorccedilatildeo Dessa forma satildeo observadas duas fases do

processo de adsorccedilatildeo uma relativa agrave adsorccedilatildeo na superfiacutecie e outra relativa agrave difusatildeo

intrapartiacutecula

4224 Isoterma de adsorccedilatildeo

Como dito anteriormente experimentos em batelada foram usados para

interpretar o equiliacutebrio de adsorccedilatildeo Na presente investigaccedilatildeo os dados

experimentais assim como descrito para as isotermas de adsorccedilatildeo de dicamba

utilizando RC-LAP foram analisados segundo o modelo da Isoterma de Langmuir e

Freundlich (FREUNDLICH 1906 LANGMUIR 1918)

A Figura 27 mostra a isoterma de adsorccedilatildeo para o dicamba na RC-HDL

47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

50

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47

0 100 200 300 400 500

0

50

100

150

200

250

300

Ce(mgL

-1)

qe(m

gg

-1)

Experimental

Langmuir

Freundlich

Figura 27 Isoterma de adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL

A Tabela 9 mostra as constantes de Langmuir e Freundlich obtidas apoacutes a

linearizaccedilatildeo da isoterma para a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-HDL A equaccedilatildeo de reta

obtida para o modelo de Langmuir apresentou um coeficiente de correlaccedilatildeo (RL2)

maior do que para o modelo de Freundlich (RF2) Aleacutem do R

2 outros paracircmetros

calculados de Langmuir e Freundlich satildeo reportados na Tabela 9

Tabela 9 Constantes de Langmuir e Freundlich para a adsorccedilatildeo do dicamba no RC-

HDL

Constantes de Langmuir Constantes de Freundlich

Qmax (mgmiddotg-1

) b (Lmiddotmg-1

) RL2

kF N RF2

27933 001707 0995 2507 254 0978

RL2 e RF

2 coeficientes de correlaccedilatildeo de Langmuir e Freundlich respectivamente

A capacidade maacutexima de adsorccedilatildeo da RC-HDL (Qmax) segundo o modelo de

isoterma de Langmuir revelou que 100 g de RC-HDL adsorveu 27933 mg (126

mmol) de dicamba

48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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48

5 CONCLUSOtildeES

As RC derivadas de hectorita soacutedicaamido de mandioca e de hidroacutexido duplo

lamelarVBS foram sintetizadas e devidamente caracterizadas por diferentes teacutecnicas

de anaacutelises Devido principalmente agrave elevada aacuterea superficial apresentada

(1642 m2middotg

-1 para RC-LAP e 2345 m

2middotg

-1 para RC-HDL) estes materiais se mostram

como uma alternativa interessante para a adsorccedilatildeo do dicamba

Nos estudos de adsorccedilatildeo do herbicida a adsorccedilatildeo segue o comportamento

tiacutepico do modelo de isoterma de Langmuir para ambas as RC Pela comparaccedilatildeo dos

modelos cineacuteticos para a adsorccedilatildeo os sistemas satildeo mais bem descritos pelo modelo

de pseudo-segunda-ordem o que indica que a adsorccedilatildeo do dicamba na RC-LAP e na

RC-HDL eacute quiacutemica ou seja atraveacutes de interaccedilatildeo eletrostaacutetica A capacidade maacutexima

de adsorccedilatildeo de dicamba na RC-LAP eacute de 2519 mgmiddotg-1

e na RC-HDL eacute de 2793

mgmiddotg-1

Comparando os resultados obtidos para os dois materiais de carbono

observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de

adsorccedilatildeo do pesticida dicamba em relaccedilatildeo agrave RC-HDL Entretanto este material

possui algumas caracteriacutesticas que tornam sua utilizaccedilatildeo mais atrativa se comparado

a RC-HDL como uma rota sinteacutetica mais simples utilizando reagentes de custo mais

baixo e de maior disponibilidade

49

6 PERSPECTIVAS

Diversos trabalhos futuros ainda poderatildeo ser desenvolvidos utilizando-se

estas reacuteplicas de carbono como adsorventes Como exemplos para a adsorccedilatildeo de

pesticidas neutros e catiocircnicos aleacutem de outros contaminantes ambientais como

metais pesados

Outra possibilidade de aplicaccedilatildeo futura destas RC seria em estudos de

reciclagem onde apoacutes a adsorccedilatildeo de determinada moleacutecula a mesma poderaacute ser

dessorvida em outro local de interesse como exemplo no reaproveitamento de um

pesticida previamente sorvido ou ateacute mesmo na liberaccedilatildeo de nutrientes para o solo

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