Argilas pilarizadas e modificadas de Fe, Ni e Mn para o processo de degradação e adsorção de poluentes orgânicos | Pillared and modified clays of Fe, Ni and Mn for the process of degradation and adsorption organic pollutants

Innovation and continuous development of new materials are essential to leveraging scientific and technological progress, enabling more efficient and sustainable solutions. In general, clays are abundant, cheap, and accessible. They are constituted by silicon tetrahedrons and aluminum octahedra (2:1) coordinated to oxygen atoms; in their genesis they can present isomorphic substitutions that configure a negative charge in their lamellae, consequently, there are cations which are interlamellar charge compensators, and in aqueous solution they can be exchanged by other cations. Pillarization is a well-known modification where intercalating polyoxocation agents are exchanged (inserted) to increase the distance between the lamellae, generating oxide pillars after calcination. The Keggin ion is the pioneering intercalating agent, presenting a complex structure, containing aluminum and oxygen. However, studies propose the insertion of new metals in its structure (Keggin íon) , by replacing partially or completely the aluminum atoms by other metals, like Fe, Ni and Mn. In this work, chemometrics and multivariable optimization have been used to predict combinations of mole replacement percentages of Fe salts, to insert Ni and Mn; furthermore, sought to understand the amount in mmol of total ions per grams of clay would be the ideal intercalating. A literature review defined the working range, setting the maximum and minimum levels, as the starting point. From the originating data the experimental design, the intercalating agents were prepared for the pillarization process, however, although the cation exchange seems simple, many steps are necessary until calcination, where metal oxides are generated, and then become pillars and/or aggregates on the clay surface. The ordered structure of the natural clay after modification can infer in a structural disorder, with an intensity decreasing and widening of the d(001) peak, which often indicates an exfoliated or a delaminated clay. These new clayey materials were used to remove organic contaminants in aqueous solution, whereas, even that disorder occurs, new possibilities of interaction with the adsorbate may arise. In this perspective, the second part of this work comprises an article containing the synthesis, characterization, and adsorptive/degradation tests of the modified clay with Fe, Ni and Mn, aiming to remove the methylene blue dye, covering the isothermal, thermodynamic, kinetic and cytotoxicity models. These studies could be used as a starting point for new heavy metal adsorption tests, as well as degradation tests in different systems.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A inovação e o desenvolvimento contínuo de novos materiais são essenciais para impulsionar o progresso científico e tecnológico, possibilitando a criação de soluções mais eficientes e sustentáveis. As argilas em geral são abundantes, de baixo custo e acessíveis. Constituídas basicamente por tetraedros de silício e octaedros de alumínio (2:1) coordenados a átomos de oxigênio, em sua gênese pode apresentar substituições isomórficas que configuram uma carga negativa as suas lamelas, consequentemente, existem cátions interlamelares compensadores de carga que em solução aquosa são trocados por outros cátions. A pilarização é uma modificação bastante conhecida, onde agentes intercalantes de polioxocátions são trocados (inserido) aumentando o distanciamento entre as lamelas, e após calcinação geram pilares de óxidos. O agente intercalante pioneiro é o íon de Keggin, uma estrutura complexa contendo alumínio e oxigênio. No entanto, estudos propõem a inserção de novos metais em sua estrutura (Keggin íon), substituindo parcial ou totalmente os átomos de alumínio por outros metais, como Fe, Ni e Mn. Neste trabalho, utilizou-se quimiometria, otimização de multivariáveis para prever possíveis combinações de porcentagens de substituição molar de sais de Fe, para a inserção de Ni e Mn, e além disso, buscou compreender a quantidade em mmol de íons totais por grama de argila seria o ideal na intercalação. Uma revisão da literatura definiu a faixa de trabalho, definindo os níveis máximo e mínimo como ponto de partida. A partir dos dados originados do design experimental, foram preparados os agentes intercalantes para processo de pilarização, embora a troca catiônica pareça simples, muitas etapas são necessárias até a calcinação, onde são gerados óxidos metálicos, que então tornam-se pilares e/ou agregados em à superfície de argila. A estrutura ordenada da argila natural após a modificação pode inferir uma desordem estrutural, com diminuição da intensidade e alargamento do pico d(001), o que muitas vezes indica uma argila esfoliada ou delaminada. Esses novos materiais argilosos foram utilizados para remover contaminantes orgânicos em solução aquosa, sendo que, novas possibilidades de interação com o adsorvato podem surgir. Nesta perspectiva, a segunda parte deste trabalho compreende um artigo contendo os ensaios de síntese, caracterização e adsorção/degradação de argila modificada com Fe, Ni e Mn visando a remoção do corante Azul de metileno, abrangendo os modelos isotérmicos, termodinâmicos, cinéticos e de citoxicidade. Estes estudos podem ser utilizados como ponto de partida para novos testes para adsorção de metais pesados, assim como testes de degradação em sistemas distintos.