Investigação de interações de moléculas de água e íons em materiais lamelares contendo ferricianeto - Hammes, Ana Carolina Ferreira (2024)
O ferricianeto, [Fe(CN)6] 3-, é classificado como o complexo cianometálico mais estável frente aos demais cianetos de ferro, sendo este o principal complexo gerado nos efluentes da mineração aurífera. Ao descartar de forma inadequada seus efluentes, a mineração se torna uma das principais responsáveis pela degradação ou alteração da qualidade da água. A toxicidade deste complexo é um ponto relevante, dado que quando exposto à luz solar este sofre fotodecomposição liberando CN- livre, sendo extremamente prejudicial a saúde. Este fato evidencia a necessidade de se retirar o ferricianeto dos efluentes gerados pela mineração aurífera. Com este objetivo, o presente trabalho visa estudar a possibilidade de utilizar compostos lamelares para a captura deste complexo, em especial os hidróxidos duplos lamelares (HDL) e hidroxissais lamelares (HSL), por meio da avaliação da estabilidade estrutural de ferricianeto em materiais lamelares através de cálculos ab initio baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT). Análises baseadas na estrutura eletrônica como estrutura de bandas, densidade de estados projetada, diferença de densidade de cargas e cargas de Bader foram realizados com o objetivo de avaliar as propriedades eletrônicas dos dois materiais e auxiliar na predição das possíveis interações que ocorrem entre lamela e complexo, indicando assim se há intercalação deste. Os cálculos de fônons foram feitos a fim de analisar termodinamicamente a desidratação e troca iônica nos materiais formados. Para os cálculos, foi aplicado o funcional do tipo PBE-GGA, bases de ondas planas, condições de contorno periódicas e os pseudopotenciais foram do tipo VanderbiltUltrasoft. Foi possível observar, a partir dos cálculos de estrutura eletrônica, a existência de interações significativas entre o complexo e a lamela em cada um dos materiais, indicando, assim, que ocorre a intercalação do ferricianeto tanto no HDL quanto no HSL. Em ambos materiais, o ferricianeto apresentou comportamento de uma base de Lewis, enquanto as hidroxilas da lamela agem como um ácido, recebendo densidade eletrônica do complexo. A combinação da análise termodinâmica e comparação de espaçamento basal com resultados experimentais permitiram definir as estruturas mais estáveis para o HSL e HDL hidratados, Zn-[FeIII(CN)6].3H2O e Mg-Al-[FeIII(CN)6].7H2O, respectivamente. Estes materiais são estáveis em temperatura ambiente preservando sua forma hidratada. Ademais, os cálculos que avaliaram a possibilidade de troca iônica indicaram que para ambos os materiais este processo ocorre de forma espontânea. Este estudo sugeriu, então, que a remoção do íon ferricianeto por HDL ou HSL de águas residuais é viável.