Synthesis, characterization and application adsorptive of a new sililante agent immobilized on silica gel by different routes.

A reação entre 3-aminopropiltrietoxissilano (AMPTS) com ácido tioglicolico (TGA) resultou em um novo agente sililante, AMPTGA. O AMPTGA apresenta centros básicos de nitrogênio, oxigênio e enxofre que possuem habilidade em adsorver cátions metálicos em solução. A imobilização do AMPTGA na superfície da sílica gel foi realizada pelo método heterogêneo convencional, utilizando-se tolueno como solvente, sob refluxo e agitação, em atmosfera inerte a 100ºC. O outro método foi adotado em acordo com os princípios da Química Verde, utilizando-se água como solvente e temperatura ambiente, sob agitação. Os novos sólidos foram caracterizados por análise elementar (CHNS), espectroscopia na região do infravermelho, RMN de 13C e 29Si, análise termogravimétrica, área superficial e MEV (apenas para o AMPTGA). De acordo com as caracterizações, a reação, utilizando o método que segue os princípios da Química Verde, não obteve a imobilização desejada. Por outro lado, no método convencional heterogêneo a reação foi efetiva, cujo composto obtido foi denominado Sil-NTGA. A análise elementar indicou as possíveis estruturas formadas, em concordância com as razões molares C/N 3:1 para Sil-AMPTGA, 4:1 para Sil-NH2 e 5:1 para Sil-NTGA. A área superficial foi de 429, 384, 193 e 0,43 m2g-1 para os sólidos Sil-NH2, Sil-NTGA, Sil-AMPTGA e AMPTGA, respectivamente, que foram inferiores ao da sílica gel pura, 484 m2g-1. Os espectros na região do infravermelho de todos os sólidos registraram bandas em 3400, 2930, 1100 cm-1 características de estiramento OH, CH e -Si-O-Si-, respectivamente. Para Sil-NTGA observou-se ainda uma banda em 2520 cm-1 relativa ao estiramento do grupo SH. Os sinais dos espectros de RMN de 13C e 29Si corroboram com os demais resultados. As matrizes, AMPTGA, Sil-AMPTGA e Sil-NTGA foram aplicadas em ensaios adsortivos de cátions divalentes de cobre, níquel e cobalto, em solução aquosa. As quantidades máximas adsorvidas por grama, nf, na superfície Sil-AMPTGA foram de 2,26, 1,50 e 0,89 mmolg-1 para Cu2+, Ni2+e Co2+, respectivamente. Para AMPTGA, os valores foram de 1,66, 1,34 e 1,33 mmolg-1 para Ni2+, Co2+ e Cu2+, respectivamente, enquanto que para Sil-NTGA, as adsorções foram de 1,84; 1,18 e 1,02 mmol g-1 para Cu2+, Ni2+ e Co2+, nesta ordem. As isotermas da Sil-NTGA influenciadas pela força iônica e variação do pH mostraram que o grau de cobertura dos cátions cresce com o aumento do pH e decresce com o aumento da força iônica para todos os valores de pH estudados. Os parâmetros termodinâmicos calculados para a superfície AMPTGA foram favoráveis aos processos adsortivos.The reaction between 3-aminopropyltriethoxysilane (AMPTS) with thioglycolic acid (TGA) resulted in a new sililante agent, AMPTGA. This matrix has nitrogen, oxygen and sulfur as basic centers, that have ability to adsorb metallic cations in solution. Immobilization of AMPTGA onto silica gel surface was developed by using conventional heterogeneous method, using toluene as solvent under reflux and stirred in an inert atmosphere at 100 °C. Another method was adopted in accordance with the principles of green chemistry, which water was used as solvent and at room temperature. The new solids were characterized by elemental analysis of CHNS, infrared spectroscopy, NMR 13C and 29Si, thermogravimetric analysis, surface area, and SEM (only AMPTGA). The reaction route using water, as solvent did not reach the desired immobilization. Moreover, the conventional approach to heterogeneous reaction was effective, the compound was called Sil-NTGA. The elemental analysis indicated the possible structures formed in agreement with the molar ratio C / N 3:1 for Sil-AMPTGA, 4:1 for Sil-NH2 and 5:1 for Sil-NTGA. The surface area were 429, 384, 193 and 0.43 m2g-1 for solids Sil-NH2, Sil-NTGA, Sil-AMPTGA and AMPTGA, respectively, which were lower than that of silica gel precursor 484 m2g-1. In all solid reported, the infrared spectra regions showed bands at 3400, 2930, 1100 cm-1 features to OH, -CH and Si-O-Si- stretch vibrations, respectively. For Sil-NTGA we also observed a band at 2520 cm-1 related to the group-SH stretch vibration. The NMR spectra signals of 13C and 29Si corroborate with the other results. Matrices, AMPTGA, Sil-AMPTGA and Sil-NTGA were applied to adsorption of divalent copper, nickel and cobalt in aqueous solution. The process of metal extraction was followed by the batch method and the maximum extraction (nf) found for each surface was: on the surface Sil-AMPTGA were 2.26, 1.50 and 0.89 mmol g-1 for Cu2+, Ni2+ and Co2+, respectively. On matrix AMPTGA, were 1.66, 1.34 and 1.33 mmol g-1 for Ni2+, Co2+ and Cu2+, respectively. While for Sil-NTGA, nf data were 1.84 mmol g-1, 1.18 mmol g-1 and 1.02 mmol g-1 for Cu2+, Ni2+ and Co2+, respectively. The isotherms of Sil-NTGA influenced by the ionic strength of the medium and pH variation showed that the coverage of cations increases with increasing pH and decreases with increasing ionic strength for all pH values