INTRODUÇÃO

A nanotecnologia tem se mostrado promissora no âmbito de nanopartículas de óxidos metálicos. Entre os métodos modernos para alterar as propriedades desses óxidos, pode-se destacar a dopagem de seus nanomateriais. O dióxido de zircônio, especificamente, tem sido muito utilizado nos ramos da catálise e sensores de oxigênio.

Essas propriedades físico-químicas podem ser intensificadas ao produzir nanopartículas, devido à superfície de contato. Nanopartículas de dióxido de zircônio podem ser sintetizadas por métodos top-down ou bottom-up, inclusive tendo sido estabilizadas em sua estrutura cristalina tetragonal. Outra maneira de alterar suas propriedades é a dopagem. Ao introduzir propositalmente íons ferro (III), pode-se estabelecer um efeito ferromagnético nas nanopartículas, facilitando processos de separação.

As reações de esterificação ocorrem entre ácidos carboxílicos e álcoois, formando ésteres e água. Essas reações podem ser catalisadas por dióxido de zircônio, visto que o material se comporta como um catalisador sólido-ácido. Reações desse tipo são importantes para produção de sabões, biodiesel e poliésteres.

OBJETIVO

Sintetizar pelo método solvotérmico nanopartículas de dióxido de zircônio dopadas com ferro (III) com propriedades catalíticas para reações de esterificação. Realizar a caracterização das nanopartículas por difratometria de raios X e do produto de esterificação por espectroscopia na região do infravermelho.

METODOLOGIA

Primeiramente, definiu-se uma matriz experimental com parâmetros variáveis de concentração de zircônio e de cloreto para as reações de síntese (amostras A1 e A2). Adicionou-se 20 mL de álcool benzílico ao frasco reacional. Em uma chapa de aquecimento, o solvente foi aquecido até 170 ºC. Em seguida, pipetou-se 1,0 mL (A1) ou 2,0 mL (A2) de propóxido de zircônio. Seguidamente, pipetou-se 115 (A1) ou 230 (A2) microlitros de ácido clorídrico. Em seguida, adicionou-se uma proporção de 2% em mol de ferro em relação ao zircônio. As reações tiveram duração de 72 horas. O produto foi então centrifugado, lavado com hexano, secado em chapa de aquecimento e moído no almofariz. As nanopartículas foram caracterizadas por difratometria de raios X.

RESULTADOS

Nas duas reações, foi observado precipitado de cor marrom claro, indicando que as temperaturas e tempos de reação mais elevados em relação aos projetos anteriores favorecem a formação das nanopartículas. Na amostra A2, a consistência foi mais gelatinosa, o que é corroborado pela literatura. A coloração marrom clara foi menos intensa da cor reportada em outras pesquisas, possivelmente sendo causada pela menor concentração de ferro.

A caracterização por DRX demonstrou que as nanopartículas não se cristalizaram totalmente. A amostra gelatinosa teve picos menos intensos de DRX, possivelmente por uma polimerização do álcool benzílico. Para esse caso, a literatura aponta alternativas de precursor, tal como o acetilacetonato de ferro (III).

CONCLUSÕES

Pode-se concluir que o projeto foi positivo na definição de uma rota de síntese com um novo dopante. A pandemia impediu a realização e caracterização da esterificação, o que teria de ser feito no mesmo dia. A obtenção de produtos cristalinos será buscada em projetos futuros com uso de um frasco reacional de Teflon, uma adaptação para síntese em um forno de micro-ondas e usando acetilacetonato de ferro (III) como precursor.

REFERÊNCIAS

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 5 ed. Editora Bookman: Porto Alegre, 2012.

BILECKA, I. et al. Microwave-Assisted Nonaqueous Sol-Gel Chemistry for Highly Concentrated ZnO-Bases Magnetic Semiconductor Nanocrystals. The Journal of Physical Chemistry C, v.115, p.1484-1495, 2011.

DWIVEDI, R. et al. Microwave Assisted Sol-gel Synthesis of Tetragonal Zirconia Nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds, v.509, p.6848-6851, 2011.

GRABS, I. M. et al. Formation Mechanisms of Iron Oxide Nanoparticles in Different Nonaqueous Media. Crystal Growth & Design. v.12, p.1469- 1475, 2012.

GUO, Q. Z. et al. Synthesis, characterization and application of magnetic-zirconia nanocomposites. Journal of Non-Crystalline Solids, v.355, p.922-925, 2009.

HU, M. et al. Benzyl alcohol-based synthesis of oxide nanoparticles: the perspective of SN1 reaction mechanism. Dalton Transactions. v.42, p.9777-9784, 2013.

NIELSEN, R. H.; WILFING, G. Zirconium and Zirconium Compounds. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7 ed. v.39. Editora Wiley-VCH: Weinheim, 2012.

SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química Inorgânica. 10 ed. Editora Bookman: São Paulo, 2010.

ZABETI, M.; DAUD, W. M. A. W.; AROUA, M. K. Activity of solid catalysts for biodiesel production: A review. Fuel Processing Technology, v.90, p.770-777, 2009.