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Escola Secundária da Maia, Av. Luís de Camões, 4470-194 Maia, PortugalFaculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Rua do Campo Alegre s/n, 4169-007 Porto, Portugal
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Química 2019/2020
Nome do Agrupamento - Agrupamento de Escolas da Maia
Nome da Escola- Escola Secundária da Maia
Curso - Ciências e Tecnologias
Título do trabalho- Nano4Green: Remoção de iões de metais pesados de água contaminadas
Autores :
Beatriz Santos | nº3 | 12ºD
Beatriz Carneiro| nº4 | 12ºD
Mariana Reis | nº19 | 12ºD
Tipo de trabalho - Projeto de investigação
Nome da disciplina - Química
Professor(es) orientador(es) - Isabel Allen | Carlos Granadeiro
Local de realização do trabalho - Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP)
Ano letivo - 2019/2020
Nome da Escola- Escola Secundária da Maia
Curso - Ciências e Tecnologias
Título do trabalho- Nano4Green: Remoção de iões de metais pesados de água contaminadas
Autores :
Beatriz Santos | nº3 | 12ºD
Beatriz Carneiro| nº4 | 12ºD
Mariana Reis | nº19 | 12ºD
Tipo de trabalho - Projeto de investigação
Nome da disciplina - Química
Professor(es) orientador(es) - Isabel Allen | Carlos Granadeiro
Local de realização do trabalho - Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP)
Ano letivo - 2019/2020
Agradecimentos
Seguem-se os agradecimentos:
Ao professor Carlos Granadeiro.
Pela sua paciência e disponibilidade para nos orientar e ajudar na elaboração deste projeto, bem como o tempo que passou connosco. Por tudo o que nos ensinou e por marcar de forma especial o nosso percurso escolar.
À professora Isabel Allen.
Por contribuir para a nossa formação, transmitindo-nos valores e conhecimento, e pelo incentivo , interesse e apoio durante a realização deste projecto.
À Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Departamento de Química e Bioquímica.
Por nos permitir utilizar as instalações do laboratório, assim como por disponibilizarem os recursos para a realização deste projecto.
Ao professor Carlos Granadeiro.
Pela sua paciência e disponibilidade para nos orientar e ajudar na elaboração deste projeto, bem como o tempo que passou connosco. Por tudo o que nos ensinou e por marcar de forma especial o nosso percurso escolar.
À professora Isabel Allen.
Por contribuir para a nossa formação, transmitindo-nos valores e conhecimento, e pelo incentivo , interesse e apoio durante a realização deste projecto.
À Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Departamento de Química e Bioquímica.
Por nos permitir utilizar as instalações do laboratório, assim como por disponibilizarem os recursos para a realização deste projecto.
Agradecimentos
Seguem-se os agradecimentos:
Ao professor Carlos Granadeiro.
Pela sua paciência e disponibilidade para nos orientar e ajudar na elaboração deste projeto, bem como o tempo que passou connosco. Por tudo o que nos ensinou e por marcar de forma especial o nosso percurso escolar.
À professora Isabel Allen.
Por contribuir para a nossa formação, transmitindo-nos valores e conhecimento, e pelo incentivo , interesse e apoio durante a realização deste projecto.
À Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Departamento de Química e Bioquímica.
Por nos permitir utilizar as instalações do laboratório, assim como por disponibilizarem os recursos para a realização deste projecto.
Ao professor Carlos Granadeiro.
Pela sua paciência e disponibilidade para nos orientar e ajudar na elaboração deste projeto, bem como o tempo que passou connosco. Por tudo o que nos ensinou e por marcar de forma especial o nosso percurso escolar.
À professora Isabel Allen.
Por contribuir para a nossa formação, transmitindo-nos valores e conhecimento, e pelo incentivo , interesse e apoio durante a realização deste projecto.
À Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Departamento de Química e Bioquímica.
Por nos permitir utilizar as instalações do laboratório, assim como por disponibilizarem os recursos para a realização deste projecto.
Resumo
Neste projeto desenvolve-se uma solução sustentável para a remoção de iões de metais pesados (como, por exemplo, o mercúrio, o chumbo e o níquel) de águas contaminadas. Com este processo de remediação ambiental pretende-se reduzir o impacto da atividade humana no meio ambiente (visto que estes metais não são biodegradáveis e são acumulados por longos períodos de tempo) e diminuir os casos de intoxicação por estes iões que podem ser tóxicos para o organismo quando consumidos, podendo causar danos em vários órgãos do corpo (como pulmões, rins e até cérebro) e, em casos extremos, morte.
Esta solução, ao contrário dos processos utilizados atualmente para a remoção de iões de metais pesados, é mais simples, rápida, sustentável e economicamente viável.
Esta solução, ao contrário dos processos utilizados atualmente para a remoção de iões de metais pesados, é mais simples, rápida, sustentável e economicamente viável.
Palavras-Chave: Remediação ambiental; Metais pesados; Águas contaminadas; Sustentável; Tóxicos; Economicamente Viável; Rápida; Simples
Keywords: environmental remediation; iron oxides; magnetic separation; nanoparticles; project-based learning
Abstract
The presence of heavy metal ions in wastewater treated by incorrect forms can generate impacts for the environment and human health, since these contaminants stay accumulated for years, they are not biodegradable, and can be toxic or can cause damage to various organs of the human body (such as lungs, kidneys and even the brain) when consumed. Additionally, currently used technologies for the removal of heavy metal ions are difficult to implement and involve high costs. Therefore, there is a need to develop new processes that are more economically viable, simple, sustainable and easy to use. 12th grade Chemistry students, working in partnership with the Faculty of Science of the University of Porto, used the Project-based learning (PBL) methodology to develop a project for the removal of heavy metal ions from contaminated waters, through magnetic separation. The project consists in synthesizing and characterizing nanoparticles composed by iron oxides surrounded by porous silica in a core-shell configuration Fe₃O₄@SiO₂. By doing so, it`s possible to combine the high adsorption ability of porous silica with the magnetic separation from the magnetite nanoparticles. The system allows, after treatment, the efficient and simple removal of the adsorbent from a large volume of water by applying an external magnetic field.
Keywords: environmental remediation; iron oxides; magnetic separation; nanoparticles; project-based learning
Índice
1. INTRODUÇÃO -------------------------------------------1
1.1 Objetivo -----------------------------------------------7
2. MATERIAIS E MÉTODOS ---------------------------------9
2.1 Preparação de nanopartículas magnéticas de magnetite----9
2.2 Caracterização de nanopartículas magnéticas de magnetite (Fe3O4) -------------------------------------------------10
2.3 Preparação das partículas Fe3O4@SiO2 -------------------11
2.4 Envolver as partículas em sílica (2º vez) -------------------12
2.5 Caracterização das nanopartículas envolvidas 1 e 2 vezes em sílica-----------------------------------------------------12
2.6 Observar as partículas (não revestidas e revestidas por sílica 1x e 2x) no Microscópio Eletrónico de Varrimento
(SEM) ----------------------------------------------------13
2.7 Preparação de soluções de cobre com diferentes valores de pH ---------------------------------------------------------14
2.8 Espetroscopia de absorção atómica com chama -----------15
2.9 Preparação de uma solução de cobre, com pH = 7 ----------15
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO -----------------------------16
3.1 Zetasizer ---------------------------------------------16
3.2 Espectroscopia de infravermelho ------------------------18
3.3 Microscópio Eletrónico de Varrimento (SEM) --------------19
3.4 Espetroscopia de absorção atómica com chama -----------21
4. CONCLUSÃO -------------------------------------------23
5. TRABALHO FUTURO ------------------------------------24
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------25
7. ANEXOS -----------------------------------------------27
8. GLOSSÁRIO --------------------------------------------29
1.1 Objetivo -----------------------------------------------7
2. MATERIAIS E MÉTODOS ---------------------------------9
2.1 Preparação de nanopartículas magnéticas de magnetite----9
2.2 Caracterização de nanopartículas magnéticas de magnetite (Fe3O4) -------------------------------------------------10
2.3 Preparação das partículas Fe3O4@SiO2 -------------------11
2.4 Envolver as partículas em sílica (2º vez) -------------------12
2.5 Caracterização das nanopartículas envolvidas 1 e 2 vezes em sílica-----------------------------------------------------12
2.6 Observar as partículas (não revestidas e revestidas por sílica 1x e 2x) no Microscópio Eletrónico de Varrimento
(SEM) ----------------------------------------------------13
2.7 Preparação de soluções de cobre com diferentes valores de pH ---------------------------------------------------------14
2.8 Espetroscopia de absorção atómica com chama -----------15
2.9 Preparação de uma solução de cobre, com pH = 7 ----------15
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO -----------------------------16
3.1 Zetasizer ---------------------------------------------16
3.2 Espectroscopia de infravermelho ------------------------18
3.3 Microscópio Eletrónico de Varrimento (SEM) --------------19
3.4 Espetroscopia de absorção atómica com chama -----------21
4. CONCLUSÃO -------------------------------------------23
5. TRABALHO FUTURO ------------------------------------24
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------25
7. ANEXOS -----------------------------------------------27
8. GLOSSÁRIO --------------------------------------------29
Tabela 1 e 2: Dose diária recomendada de metais pesados (Fonte: Os autores - de acordo com: Walji, Hasnain - Nutrição e Saúde. Lisboa: Editorial Estampa, 2010) --------2
Tabela 3: Comparação dos resultados do Zetasizer (Fe3O4@SiO2 – 1x e 2x) (Fonte: Os autores) -------------17
Gráfico 1: Resultados da Espetroscopia de Infravermelho (Fonte: Os autores)-----------------------------------18
Gráfico 2: Resultados da Absorvância (Padrão) (Fonte: Os autores)---------------------------------------------21
Gráfico 3: Gráfico Percentual de Remoção das Partículas (Fonte: Os autores)-----------------------------------21