Compósitos magnéticos baseados em ferritas com óxido de cério e nióbio: caracterização e aplicação em reações de remoção de contaminantes emergentes
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Data
2025-08-28
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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
Os contaminantes emergentes (CEs) têm causado preocupação nas últimas décadas por serem encontrados em concentrações baixíssimas nos corpos hídricos e ainda assim representarem um potencial risco para o ecossistema e para a saúde humana. O uso de nanomateriais pode ser uma alternativa interessante para a remoção desses CEs, entretanto esses materiais podem ser mais difíceis de serem separados e recuperados do meio reacional. Diante disso, uma alternativa para aumentar a atividade catalítica e contribuir para uma separação mais fácil e eficiente é a imobilização desses nanomateriais em compósitos magnéticos ativos. Dessa forma, no presente trabalho, foram sintetizadas ferritas de Co(II) (CoFe2O4) e Mg(II) (MgFe2O4), pelo método hidrotermal, para serem utilizadas como imobilizadores magnéticos para nanopartículas de óxido de Ce(IV) dopadas com nióbio(V) (CeNb) na razão molar de 2:1 de Ce/Nb. Os materiaisforam caracterizados por espectroscopia Mössbauer, difração de Raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de Raios X (EDS), fisissorção de N2 e fluorescência de Raios X (FRX) que confirmaram a obtenção das ferritas. O DRX confirmou a obtenção das ferritas de cobalto e de magnésio com tamanhos de cristalitos de 14,1 nm e 29,7 nm, respectivamente, também se observou pelo DRX que os compósitos sintetizados apresentaram apenas os picos referentes às ferritas com um deslocamento de seus valores de 20° e tamanhos de cristalitos de 17,2 nm e 29,2 nm. Já a distribuição de tamanho hidrodinâmico mostrou que a ferrita de cobalto e o compósito com a ferrita de cobalto apresentaram uma distribuição de tamanho de partícula médio de 18 e 37 nm, respectivamente, enquanto a ferrita de magnésio e o seu compósito apresentaram um tamanho de 169 e 108 nm, respectivamente. Através do MEV foi possível perceber uma mudança na superfície dos compósitos, quando comparado às ferritas puras, indicando a presença do CeNb, e que corrobora com a análise de EDS que mostrou a presença de cério e nióbio na superfície dos materiais. Posteriormente, os materiais foram aplicados em reações de degradação de diclofenaco de sódio (DCF), Amoxicilina (AMX), Ciprofloxacina (CIP), Norfloxacina (NOR), Enrofloxacina (ENR), cafeína e Bisfenol A, todos contaminantes emergentes. Os compósitos apresentaram bom potencial de degradação chegando a 73% de degradação de DCF, enquanto os materiais precursores, isoladamente apresentaram uma degradação inferior a 2%. Os produtos de degradação foram testados quanto a toxicidade em sementes de alface e não apresentaram toxicidade considerável. Por fim o melhor material foi aplicado em reações de degradação de outros contaminantes e não apresentou atividade para a amoxicilina e apresentou 18, 21 e 17% para os antibióticos ENR, CIP e NOR, respectivamente, apresentou 7% para o Bisfenol A e 3% para a cafeína. Os compósitos sintetizados foram facilmente separados do meio reacional, que era o objetivo principal deste trabalho.
Descrição
Palavras-chave
Materiais magnéticos, Materiais compósitos - Propriedades magnéticas, Ferrita, Cério, Nióbio, Contaminantes emergentes, Catálise heterogênea