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http://hdl.handle.net/11422/28451
| Type: | Dissertação |
| Title: | Estudo de diferentes sínteses de materiais mesoporosos à base de sílica para sorção de gadolínio |
| Author(s)/Inventor(s): | Araujo, Bruna Gomes de |
| Advisor: | Santelli, Ricardo Erthal |
| Abstract: | O uso de exames de imagem por ressonância magnética nuclear em clínicas e hospitais, frequentemente, requer a utilização de contrastes intravenosos à base de gadolínio (Gd), substâncias de caráter bioacumulativo e, possivelmente, tóxicas. Estes compostos, por serem lançados em efluentes hídricos, acabam se acumulando no ambiente aquático. Tendo por base, a baixa efetividade do tratamento de efluentes contendo o íon Gd+3, este estudo objetivou avaliar a retenção desse íon utilizando peneiras moleculares mesoporosas. Para tanto, foram sintetizados dois tipos de materiais à base de sílica: MCM-41 e SBA-15. A MCM-41 foi obtida em meio básico com tetraetilortossilicato (TEOS) como fonte de sílica e brometo de cetiltrimetilamônio (CTABr) como direcionador de estrutura. A SBA-15 foi sintetizada em meio ácido, empregando a mesma fonte de sílica e o copolímero em bloco polietilenoglicolpolipropilenoglicol- polietilenoglicol (EO20PO70EO20) como direcionador. Após síntese e calcinação, ambos os materiais foram funcionalizados com ácido di(2-etilhexil) fosfórico (D2EHPA) para permitir a sorção de gadolínio a partir de soluções aquosas. Os experimentos preliminares utilizaram solução padrão de Gd³⁺, enquanto que outros testes foram realizados com os contrastes Dotarem e Magnevistan. Posteriormente, testes de adição destes contrastes em amostras reais de efluentes de uma estação de tratamento de esgoto no Rio de Janeiro também foram executados. Os materiais sintetizados foram caracterizados por Análise Termogravimétrica (TGA), Adsorção de N₂ e Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Os resultados indicaram elevada capacidade de retenção de Gd³⁺ pelos materiais mesoporosos, confirmados com testes usando os contrastes. Para esses testes, utilizou-se duas estratégias experimentais: a retenção a partir de amostras que foram previamente digeridas usando radiação de microondas e a retenção em amostras sem qualquer pré-tratamento. A digestão assistida por radiação de micro-ondas foi aplicada para promover a decomposição dos contrastes e avaliar a capacidade dos materiais MCM-41 e SBA-15 em reter o íon Gd3+ em amostras digeridas ou não. Para soluções digeridas, a retenção superou 99 %. Em soluções não digeridas, os resultados variaram: com o Dotarem, não houve retenção significativa, enquanto que com o Magnevistan, a retenção foi superior a 90 %. Isso se deve ao fato do contraste Magnevistan apresentar estrutura linear, e não macrocíclica como o Dotarem, e ter meia-vida menor sendo, portanto, mais instável que o Dotarem. Resultados semelhantes foram obtidos ao se utilizar amostras de esgoto dopadas com os contrastes. Os resultados obtidos indicam que um método analítico pode ser proposto para permitir o controle de qualidade de efluentes hídricos relacionados a contaminação com gadolínio. |
| Abstract: | The use of magnetic resonance imaging (MRI) exams in clinics and hospitals frequently requires intravenous gadolinium (Gd)-based contrast agents, which are bioaccumulative and potentially toxic substances. These compounds, when discharged into wastewater, tend to accumulate in aquatic environments. Considering the low efficiency of wastewater treatment processes in removing Gd³⁺ ions, this study aimed to evaluate the retention of this ion using mesoporous molecular sieves. For this purpose, two types of silica-based materials were synthesized: MCM-41 and SBA-15. MCM-41 was synthesized under basic conditions using tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the silica source and cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) as the structuredirecting agent. SBA-15 was synthesized under acidic conditions, employing the same silica source and the block copolymer polyethylene glycol-polypropylene glycolpolyethylene glycol (EO20PO70EO20) as the structure-directing agent. After synthesis and calcination, both materials were functionalized with di(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) to enable gadolinium sorption from aqueous solutions. Preliminary experiments employed standard Gd³⁺ solutions, while subsequent tests were conducted with the contrast agents Dotarem and Magnevistan. Additionally, experiments involving the addition of these contrast agents to real wastewater samples from a sewage treatment plant in Rio de Janeiro were performed. The synthesized materials were characterized using Thermogravimetric Analysis (TGA), N₂ Adsorption, and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The results demonstrated a high retention capacity for Gd³⁺ by the mesoporous materials, which was confirmed through tests using the contrast agents. Two experimental strategies were employed: retention from samples pre-digested using microwave radiation and retention from untreated samples. Microwave-assisted digestion was applied to decompose the contrast agents and evaluate the capacity of MCM-41 and SBA-15 to retain Gd³⁺ ions in digested and non-digested samples. For digested solutions, retention exceeded 99%. For nondigested solutions, the results varied: Dotarem showed no significant retention, whereas Magnevistan exhibited retention above 90%. This difference is attributed to Magnevistan’s linear structure, as opposed to the macrocyclic structure of Dotarem, and its shorter half-life, making it less stable. Similar results were obtained when using wastewater samples spiked with the contrast agents. The findings indicate that an analytical method can be proposed to enable quality control of water effluents contaminated with gadolinium. |
| Keywords: | Materiais mesoporosos Sorção de metais Gadolínio Efluentes hídricos |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 26-Feb-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Embargado |
| Citation: | ARAUJO, Bruna Gomes de. Estudo de diferentes sínteses de materiais mesoporosos à base de sílica para sorção de gadolínio. Rio de Janeiro, 2025. 98 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Appears in Collections: | Química |
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