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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
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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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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
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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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
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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
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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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MOURKIDOU E Spatial and temporal distribution of pesticide residues in surface
waters in northeastern Greece Water Research v43 n1 p1-10 2009
XIE Y SHERWOOD PMA X-ray Photoelectron Spectroscopic Studies of
Carbon Fiber Surfaces 11 Differences in the Surface Chemistry and Bulk Structure
of Different Carbon Fibers Based on Poly(acrylonitri1e) and Pitch and Comparison
with Various Graphite Samples Chem Mater v2 n3 p293-299 1990
57
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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
50
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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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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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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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-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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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
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Ce(mgL
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qe(m
gg
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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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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
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observou-se que a RC-LAP apresenta menor aacuterea superficial e menor capacidade de
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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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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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do herbicida clomazone a nanoesferas de alginatoquitosana na sorccedilatildeo em solos
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(Doutorado em Quiacutemica) - Universidade de Satildeo Paulo Ribeiratildeo Preto
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of Different Carbon Fibers Based on Poly(acrylonitri1e) and Pitch and Comparison
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2003
YU RQ CHEN LW LIU QP LIN JY TAN KL NG SC CHAN
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Chemical Modification Chem Mater v10 n3 p718-722 1998
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Derived from Nanocarbons and Layered Double Hydroxides - Properties Synthesis
and Applications Adv Funct Mater v22 n4 p675-694 2012
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