Síntese de Cu-MOFs via método eletroquímico: caracterização e aplicação na adsorção de azul de metileno - Monteiro, Arthur Felipe de Farias (2016)
As Redes Metalorgânicas (Metal Organic Frameworks – MOF’s) são materiais híbridos, geralmente cristalinos, constituídos por átomos ou clusters metálicos, coordenados à ligantes orgânicos polifuncionais, geralmente, observando-se a presença de poros/canais de dimensões nanométricas. Suas estruturas são de baixa densidade em função da porosidade, e apresentam alta área superficial, bem como um grande volume de poro, o que às levam a lugar de destaque do ponto vista científico-tecnológico, sendo aplicáveis na catálise, adsorção, separação, estocagem de gases, entrega de fármacos, etc. Cu-MOF’s foram sintetizadas via método eletroquímico a partir de dois ligantes distintos, 1,3-H2BDC e 1,4-H2BDC. Os parâmetros sintéticos empregados, tais como, meio reacional (razão H2O/DMF), diferença de potencial e corrente elétrica, foram avaliados e sua influência sobre a estrutura cristalina determinada. Os materiais foram obtidos em uma hora, sugerindo que esta é uma rota cineticamente vantajosa para a obtenção de redes metalorgânicas de cobre. O produto da síntese da rede Cu(1,4-BDC) é composto de duas estruturas cristalinas lamelares (em camadas) e microporosas. A cristalização destas diferentes estruturas está diretamente relacionada ao valor de corrente elétrica empregada. As duas estruturas se diferenciam basicamente pelo deslocamento entre camadas consecutivas, 60° e 120°, respectivamente. O deslocamento das camadas resultou em estruturas com diferentes volumes de canais, sendo a estrutura com deslocamento de 60° a que apresenta canais com maior volume, mais indicado para a adsorção. Essa estrutura, denominada Cu(1,4-BDC) 2, foi aplicada na adsorção de azul de metileno, sendo avaliadas as influências de pH, temperatura e concentração. Observou-se que valores de pH entre 5,0 e 6,0 promovem uma melhor adsorção. Diferentes condições foram testadas, tais como concentrações entre 25 e 250 mg/L e temperaturas entre 293,15 e 313,15 K. Adicionalmente, também foram avaliados fatores cinéticos, termodinâmicos e de equilíbrio para a adsorção. Constatou-se que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem é o mais compatível com o processo. Para os fatores termodinâmicos, verificou-se que o processo é exotérmico, espontâneo e com maior eficiência à uma temperatura de 293,15 K. Foram testados dois modelos de isotermas, o de Langmuir e o de Freundlich, sendo o modelo de Langmuir o que apresentou maior compatibilidade, prognosticando uma capacidade adsortiva máxima teórica de 76,63 μmol/g, sendo que para as condições otimizadas (14 horas), a capacidade experimentalmente obtida foi de 75,91 μmol/g, (99,06% do valor teórico). Foram realizados ensaios de reuso do material, onde foi constatada uma eficiência superior à 60% para até quatro ciclos de adsorção/dessorção.