Estudo da partição de Carbon Dots em sistemas aquosos bifásicos: potencialidades para catálise de transferência de fase

Abstract

Neste trabalho, Carbon Dots (CD) oxidados foram preparados a partir de reações de desidratação/oxidação ácida da celulose, e posteriormente desoxigenados em meio alcalino e reação com sulfato de hidrazina. As caracterizações dos CD foram feitas com Microscopia eletrônica de Transmissão, FTIR, titulação potenciométrica, Ressonância Magnética Nuclear de 13C e espectroscopia UV-Vis e fluorescência. Os resultados obtidos com estas caracterizações mostraram que a amostra oxidada apresenta um tamanho médio aproximadamente de 2,7 nm com uma significativa quantidade de grupos funcionais oxigenados ácidos, dos quais 63% são ácidos carboxílicos. Após as reações de modificação superficial foi verificado que em meio alcalino ocorre somente uma eliminação de nanoestruturas mais oxidadas, enquanto que na reação com hidrazina ocorre a redução de alguns grupos carboxílicos e epóxidos com formação de grupos funcionais hidrazonas. Como consequência da modificação superficial, as propriedades ópticas dos CD são alteradas significativamente. Com a redução, o band gap diminui e a energia da emissão aumenta, deslocando-se para a região azul do espectro eletromagnético. Uma vez caracterizados, a partição de todos os CD preparados foi investigada em diferentes Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB), nos quais foram avaliados os efeitos dos cátions e ânions dos sais, dos polímeros e do pH inicial do sistema no coeficiente de partição (K). Em adição foi avaliado o efeito da modificação superficial das nanopartículas. A relação do K com comprimento da linha de amarração (CLA), o parâmetro termodinâmico dos SAB foi estudado para todos os sistemas. Os resultados obtidos mostraram que a melhor separação ocorreu com o sistema PEO1500+sulfato de lítio+água em pH=3 e usando os Carbon Dots reduzidos com hidrazina. O valor do K para este sistema foi de 64,4. Por outro lado, o menor valor de K foi 0,79, foi obtido para o sistema PEG1500+tartarato de sódio+água em pH=6 e usando Carbon Dots oxidados. As análises detalhadas das fases superior e inferior de alguns destes sistemas com espectroscopia de fluorescência mostraram que os SAB são capazes, além de particionar, separar as nanopartículas com diferentes propriedades ópticas, as quais estão diretamente associadas às propriedades superficiais e tamanho de partículas. Por fim, nós avaliamos a atividade catalítica foto-Fentom dos CD na degradação do corante aniônico índigo de carmim e os resultados mostraram que os CD apresentam atividade fotocatalítica neste sistema. Devido à alta partição verificada para o sistema PEG1500+ sulfato de lítio+água, este foi usado para avaliar a potencialidade de seu uso em catálise de transferência de fase usando CD como fotocatalisador e o corante índigo de carmim como molécula modelo. Apesar da complexidade e da dificuldade de caracterização dos produtos da foto-oxidação no SAB, os resultados obtidos indicam que o sistema testado pode ser usado em reações de transferência de fase fotocatalisadas. Como conclusão final, acredita-se que os resultados apresentados, em especial, a partição/seleção das nanopartículas com distintas propriedades ópticas são de extrema importância para o desenvolvimento de novas e eficazes aplicações dos CD.