Avaliação da potencialidade eletroanalítica de biochar, obtido em diferentes temperaturas, em eletrodos modificados para determinação de espécies de interesse

Abstract

Resumo: No presente trabalho foram preparadas amostras de biochar a partir de farelo de mamona utilizando diferentes temperaturas de pirólise (200-600ºC). Diversas técnicas foram empregadas para uma geral caracterização do material produzido, sendo estas: termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia na região do infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), análise elementar (CHNS-O), microscopia eletrônica de varredura (MEV), estimativa de área por B.E.T. e titulações pelo método de Boehm. Depois de caracterizado, o biochar foi empregado como agente modificador na preparação de eletrodos de pasta de carbono modificados (EPCM), os quais foram avaliados para a préconcentração de espécies inorgânicas (íons Pb2+, Cd2+ e Cu2+) e uma espécie orgânica (paraquat). O desempenho voltamétrico dos eletrodos propostos foi avaliado adotando um procedimento de redissolução, em soluções separadas para as etapas de pré-concentração e medida. Todos os estudos foram realizados com a etapa de pré-concentração conduzida em condições de potencial de circuito aberto. A caracterização geral do material mostrou uma alteração significativa das propriedades físicas e químicas de acordo com a temperatura de pirólise utilizada, como a redução de grupos químicos superficiais e aumento da área com o aumento da temperatura de pirólise. O EPCM foi eficiente na pré-concentração dos íons inorgânicos avaliados seguindo a afinidade Pb2+>Cd2+>Cu2+. As melhores respostas voltamétricas foram verificadas para o EPCM preparado com biochar pirolisado em 400 ºC (BC400). Medidas de voltametria de varredura linear permitiram estimar a capacidade de adsorção do biochar para os íons, sendo obtidos os valores de: 15,9 ?g g-1 para Pb2+, 4,29 ?g g-1 para Cd2+ e 2,38 ?g g-1 para Cu2+. O EPCM-BC400 apresentou o melhor desempenho na pré-concentração de paraquat, o que permitiu o desenvolvimento de um método eletroanalítico para a determinação desse analito. Depois de otimizadas as condições experimentais, o procedimento apresentou uma reposta linear para concentrações entre 3,0 x 10-8 e 1,0 x 10-6 mol L-1, com um limite de detecção de 7,6 x 10-9 mol L-1 e um limite de quantificação de 2,5 x 10-8 mol L-1. A influência de espécies concomitantes sobre a resposta voltamétrica foi também avaliada. O método proposto foi aplicado na determinação de paraquat em amostras fortificadas de água potável e de água coco. Valores de recuperação entre 95,8 % e 97,5 % foram encontrados. O teste t-Sudent mostrou boa concordância entre os valores adicionados e recuperados, com 95 % de confiança.

Abtract: In the present work biochar samples were prepared from castor cake using different temperature of pyrolysis (200-600ºC). Several techniques were employed to a general characterization of the produced material, such as: thermogravimetry analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FTIR), elemental analysis (CHNS-O), scanning electron microscopy (SEM), area estimation by B.E.T. method and titrations by Boehm method. After that, biochar was used as modifier agent in the preparation of modified carbon paste electrodes (MCPE) which were evaluated in pre-concentration of organic (paraquat) and inorganic species (Pb2+, Cu2+ and Cd2+ ions). Voltammetric performance of the proposed electrodes has been evaluated adopting a stripping procedure using separate solutions for pre-concentration and measurement steps. Preconcentration step was performed under open conditions potential for all realized studies. The general characterization of the material revealed a significant change in the physical and chemical properties according to the used pyrolysis temperature, eg: decrease of superficial chemical groups and increase of area with increase of pyrolysis temperature. The best voltammetric responses were observed for MCPE prepared using biochar pyrolyzed at 400 ºC (BC400). Linear sweep voltammetry studies allowed an estimation of the biochar adsorption capacity for the ions studied: 15,9 ?g g-1 for Pb2+, 4,29 ?g g-1 for Cd2+ and 2,38 ?g g-1 for Cu2+. The CPME-BC400 has presented the best performance in the preconcentration of paraquat and it was used for development of an electroanalytical method for the determination of this analyte. After optimization of experimental conditions, the procedure showed a linear dynamic range for concentration from 3,0 x 10-8 to 1,0 x 10-6 mol L-1, limit of detection of 7,6 x 10-9 mol L-1 and limit of quantification of 2,5 x 10-8 mol L-1. The influence of concomitant species on the voltammetric response was also evaluated. The t- Student test demonstrated a good concordance between values added and recovered, at 95 % interval confidence.