Síntese de estruturas orgânicas covalentes para a adsoção de metais pesados em meio aquoso

Abstract

Ao longo dos anos, a poluição ambiental através de metais pesados tem vindo a crescer, causando inúmeros problemas nos ecossistemas. As águas são dos sistemas mais afetados, trazendo um grande problema para todos os seres vivos, uma vez que toda a cadeia alimentar fica comprometida. Deste modo, temos a necessidade de reverter esta situação, procedendo à remoção destes poluentes. De entre as muitas técnicas estudadas, destacam-se os processos adsortivos que através da utilização de materiais com elevada capacidade de adsorção (adsorventes), permitem a remoção dos metais. Entre muitos potenciais adsorventes, este trabalho baseia-se na síntese de estruturas orgânicas covalentes (COFs) que têm sido alvo de um estudo intensivo nos últimos tempos. Neste projeto foram sintetizados dois COFs do tipo β-cetoenamina, por condensação entre 1,3,5-triformilfloroglucinol (TFP) e duas diaminas que diferiam apenas no grupo funcional, por forma a investigar a influência das características físicas e químicas do material na capacidade de remoção de poluentes. As diaminas utilizadas são derivados da benzidina contendo grupos nitro e ácido sulfónico como substituintes. Os COFs foram sintetizados pelo método convencional (solvotérmico), com rendimentos até 96%. Adicionalmente, foi também estudada a influência que a matriz do meio das soluções de metal tinha relativamente à capacidade de remoção dos COFs em estudo. Para a obtenção das isotérmicas de adsorção e da eficiência de remoção dos iões metálicos pelos COFs recorreu-se à espectroscopia de adsorção atómica de chama, como método de quantificação dos metais. Foi possível concluir que o COF contendo grupos sulfónicos apresenta melhores resultados em todos os estudos realizados, sendo capaz de adsorver cerca de 97% em alguns casos. Em resumo, os resultados obtidos foram promissores o que permite confirmar o potencial desta nova classe de materiais na captação e remoção de poluentes.

Over the years, environmental pollution through heavy metals has been growing, causing numerous problems in ecosystems. The waters are the most affected systems, bringing a major problem to all living beings, affecting the entire food chain. In this way, we need to reverse this situation by removing these pollutants. Among many techniques studied, the adsorptive processes that, through materials with high adsorption capacity (adsorbents), allow the removal of metals stand out. Among many potential adsorbents, this work is based on the synthesis of covalent organic frameworks (COFs) that have been the subject of an intensive study in recent times. In this project, β-ketoenamine type COFs have been synthesized, by reacting 1,3,5-triformylphloroglucinol (TFP) with different diamines that differed only in the functional group, in order to evaluate the influence of the adsorbent’s physical and chemical properties in its adsorption capacity towards pollutants. The diamines used are derived from benzidine containing nitro and sulphonic acid groups as substituents. The COFs were synthesized by the conventional solvothermal method, with yields up to 96%. In addition, we also studied the influence that the matrix of the metal solutions had on the removal capacity of the COFs. For isothermal studies and the removal efficiency of these COFs, flame atomic adsorption spectroscopy was used to quantify heavy metals in solution. It was possible to conclude that the COF containing sulphonic groups presents better results in all studies conducted, being able to adsorption about 97% in some cases. In summary, the results were promising which allows confirming the potential of this new class of materials in the capture and removal of pollutants.