ADSORÇÃO DE Fe(III), Cu(II) E Zn(II) DE SOLUÇÕES ETANÓLICAS PELO POLIELETRÓLITO CLORETO DE 3-N-PROPILPIRIDÍNIO SILSESQUIOXANO SOBRE SiO₂/Al₂O₃

Sérgio T. Fujiwara (PG) e Yoshitaka Gushikem (PQ)

Instituto de Química UNICAMP - Campinas-SP , CP 6154

e-mail: toshio@iqm.unicamp.br

Palavras chaves: sílica-alumina, pré-concentração, trocador aniônico

A sílica gel modificada com grupos organofuncionais tem sido objeto de considerável interesse nos últimos anos. Ela tem sido utilizada na adsorção de íons metálicos de soluções não aquosas e na pré-concentração e separação de íons metálicos.

A utilização da sílica gel modificada com íon piridínio para adsorver íons metálicos em soluções não aquosas na forma de complexos aniônicos já foi descrita ^[1]. O procedimento para preparar a sílica modificada consiste na reação do 3-cloro-n-propiltrimetoxisilano com sílica gel seguida de reação com piridina. Os trocadores iônicos obtidos por esse procedimento apresentaram uma capacidade de troca iônica relativamente baixa, além de envolver procedimentos de síntese relativamente trabalhosos e dispendiosos. A procura por um material com maior capacidade de troca iônica nos levou a síntese de um polieletrólito constituído de cloreto de 3-n-propilpiridínio ligado a uma estrutura de silsesquioxano com elevada capacidade de troca aniônica ^[2]. O polieletrólito em questão apresenta excelentes características de filmogenia (formação de filmes), alta solubilidade em água e fácil manipulação. Devido à estas propriedades (filmogenia e solubilidade) o polieletrólito foi imobilizado sobre a SiO₂/Al₂O₃ (sílica-alumina).

Em um trabalho anterior, foi descrita a imobilização do polieletrólito cloreto de 3-n-propilpiridínio silsesquioxano sobre a SiO₂/Al₂O₃ e sua caracterização. Nesse trabalho será descrito a adsorção de íons metálicos Fe(III) , Cu(II) e Zn(II) de soluções etanólicas e a pré-concentração desses íons metálicos pelo material sintetizado num sistema de injeção em fluxo.

A capacidade de troca iônica do material sintetizado (SiAl-SiPy⁺Cl^-) foi obtida através determinação do cloro ionizado. Isto é feito titulando-se o Cl^- liberado pelo tratamento com uma solução de ácido nítrico com solução padrão de AgNO₃. A capacidade de troca iônica obtida pelo material foi de 1,04mmol.g^-1.

Para verificar a possibilidade de aplicação do material sintetizado como adsorvente de íons metálicos de soluções etanólicas, as isotermas de adsorção dos íons metálicos Fe(III) , Cu(II) e Zn(II) foram estudadas. As isotermas foram obtidas a 298K, através da técnica de batelada. Cerca de 0,1g do material foi agitado durante 3h a 298K em 50mL das soluções de FeCl₃ , CuCl₂ e ZnCl₂ cujas as concentrações iniciais variaram entre 10^-2 a 10^-3 mol.L^-1. As quantidades de íons adsorvidos, N_f , foram determinadas através da diferença entre a quantidade do metal adicionado, N_a , e a quantidade do metal que permaneceu na solução após alcançar o equilíbrio , N_s , aplicando a equação N_f = (N_a - N_s) / m , onde m é a massa dos sólidos adsorvidos. O íons Zn(II) e Cu(II) foram determinados por titulação complexométrica com solução padrão de EDTA 0,01mol.L^-1 e o íon Fe(III) foi determinado por espectroscopia de absorção atômica. As capacidades de adsorção determinadas para cada metal foram: CuCl₂ = 0,34mmol.g^-1 , ZnCl₂ = 0,43mmol.g^-1 e FeCl₃ = 0,74mmol.g^-1. A proporção entre a quantidade de cloro ionizado e a quantidade de metal adsorvido na condição de saturação, sugerem que os metais encontram-se como espécies complexas aniônicas sobre a superfície da matriz. As reações de adsorção podem ser descritas pelas equações:

Os materiais obtidos nas isotermas de adsorção foram analisados por espectroscopia Raman. Os espectros de espalhamento Raman para as espécies adsorvidas de Zn(II) e Fe(III) apresentam respectivamente picos em 274cm^-1 e 331cm^-1, que são atribuídos ao modo de estiramento M-Cl de espécies complexas MCl₄^n- tetraédricas. Devido ao fraco espalhamento Raman das espécies complexas CuCl₄^2- , o modo de estiramento Cu-Cl não é observado.

Para realizar os experimentos de pré-concentração, uma coluna de acrílico com 10mm de comprimento e 5mm de diâmetro interno, preenchida com aproximadamente 1g de material (SiAl-SiPy⁺Cl^-), foi conectada a uma bomba peristáltica. As soluções etanólicas contendo um dos seguintes sais CuCl₂ , ZnCl₂ ou FeCl₃ (concentrações em torno de 10^-4mol.L^-1) forma percoladas pela coluna a uma vazão de 0,46mL.min^-1. A coluna foi lavada com etanol PA e o metal foi eluído com uma solução de lavagem etanol:água na proporção 4:1 (v/v) para o Cu(II) e devido a alta tendência de hidrólise dos outros dois metais que foram percolados pela coluna, as soluções de lavagem foram acidificadas. No caso do Zn(II) e Fe(III) as soluções de lavagem utilizadas foram misturas de etanol e solução de HCl na proporção 4:1 (v/v), a concentração da solução de HCl para o caso do Zn(II) foi de 10^-3mol.L^-1 e para o caso do Fe(III) foi de 10^-1mol.L^-1. Os metais eluídos foram analisados por espectroscopia de absorção atômica e os resultados mostraram a recuperação de 100% do metal percolado pela coluna.

Referências:

[1] – Iamamoto, M. S. ; Gushikem, Y. ; Analyst , 1989 , 114 , 983.

[2] – Alfaya, R. V. S.; Gushikem, Y.; Alfaya, A. A. S., "Processo de preparação do polieletrólito cloreto de 3-n-propilpiridínio ligado a uma estrutura de silsesquioxano", Patente requerida PI 9803053-1 (1998).

[FAPESP]