As nanopartículas representam atualmente, uma nova e ampla classe de contaminantes produzidos pelo homem e são cada vez mais comuns nos ambientes naturais, visto que as atividades industriais envolvendo a nanotecnologia crescem de modo acelerado. Dessa forma, torna-se extremamente relevante compreender o transporte e o destino dos materiais nanoparticulados que são lançados no ambiente para então identificar os fenômenos físicos e químicos que ocorrem provenientes da disposição de resíduos. O objetivo geral deste trabalho é criar informação científica necessária para melhor compreender o comportamento e o transporte de nanopartículas TiO2 em suspensões aquosas através de solos impregnados com cobre. Permitindo assim, que a produção e o uso de nanomateriais nocivos possam ser melhor controlados, evitando os efeitos adversos à saúde humana e os custosos esforços para a remediação. Em particular, neste trabalho foram escolhidos dióxido de titânio por ser um nanomaterial largamente utilizado em escala industrial e o óxido de cobre por sua vez, por ser um contaminante de solo onipresente. O que torna singular a necessidade do estudo de seu transporte através do meio ambiente, especialmente em solos e águas. Para tal conhecimento serão realizados ensaios experimentais de e utilizando solo impregnado com óxido de cobre em suspensão aquosa de TiO2

de Castro, Jose Adilson

de Oliveira, Elizabeth Mendes

de Oliveira, Fabiano Alves

Lopes, Luiz Carlos Rolim

Santos, Mayara Lisboa

Portuguese

Portal de Revistas do UniFOA (Fundação Oswaldo Aranha - Centro Universitário de Volta Redonda)

CADERNOS UniFOA
ISSN: 1809-9475
e-ISSN: 1982-1816Edição 33 | Abril de 2017
www.unifoa.edu.br/revistas
Estudo da Interação das Nanopartículas 
de Dióxido de Titânio em Solos de Aterro 
Controlado Contaminados por Óxido de Cobre.
Interation Study of Titanium Dioxide Nanoparticles in Copper Oxide 
Contaminated Controlled Soils.
1 Jose Adilson de Castro
1    Mayara Lisboa Santos
1    Luiz Carlos Rolim Lopes
2 Fabiano Alves de Oliveira
3 Elizabeth Mendes de Oliveira beth.mendes.oliveira@gmail.com
1  Universidade Federal Fluminense , Volta Redonda, RJ.
2  Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, Valença, RJ.
3  Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, Angra dos Reis, RJ.
Resumo:
As nanopartículas representam, atualmente, uma nova e 
ampla classe de contaminantes produzidos pelo homem 
e são cada vez mais comuns nos ambientes naturais, vis-
to que as atividades industriais envolvendo a nanotecno-
logia crescem de modo acelerado. Dessa forma, torna-se 
extremamente relevante compreender o transporte e o 
destino dos materiais nanoparticulados que são lançados 
no ambiente, para, então, identificar os fenômenos físi-
cos e químicos que ocorrem provenientes da disposição 
de resíduos. O objetivo geral deste trabalho é criar infor-
mação científica necessária para melhor compreender o 
comportamento e o transporte de nanopartículas TiO2 em 
suspensões aquosas através de solos impregnados com 
cobre, permitindo, assim, que a produção e o uso de nano-
materiais nocivos possam ser mais bem controlados, evi-
tando os efeitos adversos à saúde humana e os custosos 
esforços para a remediação. Em particular, neste trabalho, 
foram escolhidos dióxido de titânio, por ser um nanomate-
rial largamente utilizado em escala industrial, e o óxido de 
cobre, por sua vez, por ser um contaminante de solo oni-
presente, o que torna singular a necessidade do estudo de 
seu transporte através do meio ambiente, especialmente 
em solos e águas. Para tal conhecimento, serão realiza-
dos ensaios experimentais, utilizando-se solo impregnado 
com óxido de cobre em suspensão aquosa de TiO2. 
Palavras-chave: 
Nanopartículas de TiO2; nanopartículas de CuO; colu-
nas de solo e nanosight.
Abstract:
Nanoparticles today represent a new and wide class 
of man-made contaminants and are increasingly 
common in natural environments, as industrial 
activities involving nanotechnology grow rapidly. In 
this way, it becomes extremely relevant to understand 
the transport and destination of the nanoparticulate 
materials that are released in the environment to 
identify the physical and chemical phenomena that 
occur from the waste disposal. The general objective of 
this work is to create scientific information necessary 
to better understand the behavior and transport of TiO2 
nanoparticles in aqueous suspensions through copper 
impregnated soils. Thus allowing the production and 
use of harmful nanomaterials to be better controlled, 
avoiding the adverse effects on human health and 
costly efforts for remediation. In particular, in this 
work titanium dioxide was chosen because it is a 
nanomaterial widely used in industrial scale and copper 
oxide in turn, being a ubiquitous soil contaminant. 
This makes the need to study transport through the 
environment, especially in soils and waters, unique. 
For this knowledge will be realized experimental tests 
of and using soil impregnated with copper in aqueous 
suspension of TiO2. 
Keywords: 
Nanoparticles of TiO2, Nanoparticles of CuO, Columns 
of Soil and Nanosight.
Como você deve citar?
OLIVEIRA, Elizabeth Mendes de. Estudo da interação das nanopartículas de dióxido de titânio em solos de 
aterro controlado contaminados por óxido de cobre. Cadernos UniFOA, Volta Redonda, n. 33, p. 17-24, abr. 2017.
Estudo da Interação das Nanopartículas de Dióxido de Titânio em Solos de Aterro  
Controlado Contaminados por Óxido de Cobre.
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1 INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento da nanotecnologia, grandes quantidades de novos materiais estão sendo 
produzidos e liberados no meio ambiente. Desse modo, torna-se de suma importância compreender 
o destino e o transporte dos materiais nanoparticulados no ambiente, para, assim, poder identificar 
as possíveis rotas de exposição aos seres humanos e ao ecossistema, assim como os processos e 
fenômenos que ocorrem durante a contaminação de solos, em decorrência de disposição de resíduos 
de diferentes origens (HANDY et al., 2008).
Os benefícios dos NMs (nanomateriais) são potencialmente grandes, o que impulsionou a sua 
aplicação numa vasta gama de produtos e processos como: a nanoengenharia de partículas de titânio 
para painéis solares e tintas; o desenvolvimento de implantes e de superfícies para a engenharia de 
tecidos biológicos; a aplicação de nanotubos de carbono em pneus; a aplicação de nanofibras de car-
bono como protetores de tecidos; e, ainda, a inclusão de nanomateriais à base de óxido de titânio ou 
de proteínas em sabonetes, shampoo e detergentes (WIESNER et al., 2006; HEIDEN et al., 2008; HANDY 
et al., 2008; ZHANG et al., 2009; WANG et al., 2009). 
No entanto, a emissão descontrolada de nanoparticulados no meio ambiente vem crescendo expo-
nencialmente na última década, visto que o reconhecimento de que a produção, utilização, e eliminação 
desses NMs (nanomateriais) podem levar à sua dispersão no ambiente em concentrações capazes de 
induzirem efeitos na saúde humana e nos ecossistemas (WIESNER et al., 2006; KLAINE et al., 2008). 
Desse modo, o conhecimento da influência das nanopartículas ou de como elas podem modificar o 
ecossistema é extremamente relevante em uma área atualmente limitada, visto que os efeitos quân-
ticos,  geralmente negligenciados na escala macro, não poderão ser negligenciados (OLIVEIRA, 2015).
Nesta pesquisa, serão estudadas as nanopartículas de TiO2 presentes em solos de aterros con-
trolados. A escolha do dióxido de titânio se deve ao fato de que é um dos nanomateriais mais utilizados 
em escala industrial. Dando sequência, foram analisadas as interações do TiO2 com outros nanoma-
teriais nocivos à saúde humana, que, segundo a literatura, são largamente emitidos pelas indústrias, 
tais como o óxido de cobre,  contaminante de solo onipresente. 
Para essa finalidade, foram realizados experimentos em laboratório, utilizando-se os solos do 
aterro controlado de Volta Redonda-RJ, a fim de se obter informações sobre processos e fenômenos 
envolvidos na potencial contaminação dos solos, de modo a criar informação científica necessária para 
melhor compreender o comportamento e o transporte de nanopartículas TiO2 em suspensões aquosas 
através de solos impregnados com óxido de cobre. 
2 METODOLOGIA
Essa etapa baseou-se no modelamento físico dos fenômenos envolvidos e teve por objetivo 
simular, através de experimentos de laboratório, processos e fatores envolvidos em uma possível 
contaminação de solo com óxido de cobre visando às suas validações. Para isso, foram realizados 
ensaios de coluna. Os resultados obtidos foram analisados em laboratório particular e comparados 
com os dados obtidos pelo analisador de partículas Nanosight (NTA 2.3).
2.1 Ensaio de Coluna
A relevância na realização do ensaio de coluna reside no fato de que ela simula as condições de 
fluxo no meio poroso. Com esse ensaio, obtém-se o perfil de concentração do contaminante e seus 
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subprodutos ao longo da coluna. O ensaio consiste em se percolar a solução do contaminante, através 
de uma coluna cilíndrica preenchida com solo indeformado. O efluente é recolhido periodicamente para 
determinação da sua concentração. 
2.1.1 O ensaio foi subdividido em dois casos: 
1. Ensaio de percolação com base nos dados empíricos de Fang et al. (2009). Utilizou-se solo 
puro com a suspensão de TiO2 (31,530 mg/L), com a adição de água ultrapura (1 litro). A so-
lução percolante resultante foi analisada a cada 75 ml dentre 750 ml. As análises ocorreram 
por ICP-OES e pelo Nanosight, a fim de obtermos informações suficientes para a validação 
dos resultados obtidos.
2. Esse ensaio consiste na extensão da pesquisa realizada por (Fang, 2009), na qual foram 
estudados os efeitos das interações das nanopartículas de TiO2 com óxido de cobre. Foram 
conduzidos em duas modalidades: a primeira modalidade, utilizando-se solo impregnado 
com óxido de cobre e suspensões aquosas de água ultrapura (1 L), adicionadas com TiO2 
(31,530 mg/L), somente com água ultrapura.  A segunda utilizando-se solo puro (sem con-
taminação por óxido de cobre) e suspensão de água ultrapura (1 L), adicionadas com TiO2 
(31,530 mg/L) e Cu (20 mg/L). 
As soluções foram avaliadas antes e após (concentração final passar pela coluna (concentração 
inicial). A solução de saída foi centrifugada por 30 min a 7000 rpm, a fim de remover os possíveis resíduos 
sólidos. Toda  solução utilizada neste ensaio foi analisada em laboratório. Para dar início ao ensaio de 
coluna, foram coletadas amostras de solo de cobertura do aterro controlado de Volta Redonda – RJ/
Brasil. A seguir foram descritos os passos do processo de impregnação do solo com óxido de cobre. 
2.2 Processo de Impregnação do Solo com Óxido de cobre
A contaminação artificial do solo com óxido de cobre foi conduzida, segundo Di Palma e Ferranteli 
(2005), com a inoculação de 230 mL de água ultrapura, contendo 4,16 g de óxido de cobre em 1 kg 
de solo previamente seco e peneirado a 1,0 mm. A homogeneização desse material foi realizada 
por 24 horas, com o auxílio de uma batedeira ajustada a 120 rpm. Procurou-se obter um solo com a 
concentração aproximada de 120 mg Cu/kg, com as respectivas especificações: dimensão de 30 nm, 
fornecidas pela Sigma-Aldirich, correspondente a duas vezes o valor de intervenção para um cenário 
de exposição industrial. Após esse procedimento, o solo foi transferido para um recipiente plástico, no 
qual permaneceu por 40 dias para secagem ao ar livre.
2.3 Preparação da Solução
As soluções de nanopartículas TiO2 foram preparadas, tomando como referencial empírico os 
dados experimentais de Fang e seus colaboradores (2009). Utilizou-se TiO2 (2mg) com as respectivas 
especificações: dimensão de 25 nm e uma pureza da fase cristalina Anatásio de 99,7%, fornecidas pela 
Sigma-Aldrich, com a adição de água ultrapura (1 litro). Em seguida, as respectivas soluções foram 
distribuídas em frascos de erlenmeyer, mantidas em agitação vigorosa, por 24 horas, com 250 rpm e 
deixadas em repouso, por dez dias. Após esse período, a solução sobrenadante foi coletada, por meio 
de uma pipeta, para, então, dar início ao ensaio de coluna. Apenas as soluções que não sofreram de-
cantação, foram utilizadas nos ensaios de coluna. 
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2.4 Montagem da Coluna
O ensaio de coluna foi realizado em tubos de polietileno de vinila (PVC), com 20 cm de altura e 
5 cm de diâmetro. A porção inferior do tubo foi equipada com um disco de papel de filtro apoiada em 
uma malha fina (para evitar a passagem de partículas do solo), conectada a um redutor para facilitar o 
recolhimento do lixiviado. A esquematização da coluna está representada na Figura 1.
Figura 1 – Esquematização da Coluna.
Fonte: dos autores.
Após a construção da coluna, realizou-se o preenchimento manual dos solos em estudo, com 
10 cm de altura da coluna. Em seguida, as colunas de solo foram umedecidas com água ultrapura por 
ação capilar até a saturação se completar. Os ensaios foram finalizados, após 8 horas do início da 
percolação. Em seguida, procedeu-se com a centrifugação na solução percolante, quando eles foram 
mantidos em agitação vigorosa, por 30 minutos, com 7000 rpm. O centrifugado foi conduzido imedia-
tamente para determinação da concentração de Cu e TiO2.
3 RESULTADOS
Nessa etapa da pesquisa, foram realizadas ensaios de coluna com duração média de 8 horas. 
Foram coletadas, ao longo do ensaio, 10 amostras de 75 ml da solução percolante, totalizando 750 ml, 
com o objetivo de monitorar a concentração de TiO2 durante a sua estabilização na fase líquida. Para 
cada 10 amostras coletadas, foi traçado o perfil médio entre as distribuições das concentrações de TiO2, 
conforme Figura 2. Os dados obtidos também foram analisados por meio de ICP-OES e foram compara-
dos com os resultados empíricos de (Fang, 2009), bem como pelo analisador de partículas, Nanosight. 
Suas respectivas intensidades relativas foram também avaliadas em cinco amostras coletadas. 
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Figura 2 – Perfil Médio de Dióxido de Titânio durante o período de percolação.
Fonte: dos autores.
A Figura 2 apresenta os respectivos perfis médios das concentração de TiO2-NPs, ao longo do 
processo de percolação. Os resultados mostram um pico acentuado da concentração de TiO2, nos 
primeiros 120 minutos, e, nos minutos subsequentes, o perfil descreve uma queda, resultando numa 
reduzida concentração de TiO2 na saída da coluna. A Figura 3 corrobora a veracidade dos resultados 
obtidos no nanosight e mostra que o pico de crescimento permanece de fato nos primeiros 120 minu-
tos do período de percolação, tanto nos dados obtidos da literatura (Fang, 2009) quanto obtidos em 
laboratório via ICP-OES.
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Figura 3 – Concentração de nanopartículas ao longo da percolação.
a) b)
c) d)
e) f)
Fonte: dos autores.
Dando continuidade aos experimentos, nessa etapa da pesquisa, foram realizados ensaios com 
solos contaminados por óxido de cobre, sendo esta a extensão da pesquisa realizada por (FANG, 2009). 
Com esse ensaio, é possível obter o perfil de concentração do contaminante ao longo da coluna, de 
modo a investigar a mobilidade de nanopartículas de TiO2 através de solos impregnados com óxido de 
cobre. Foram utilizados dois tipos de suspensões. 
A primeira com água ultrapura e TiO2 e, a segunda solução, apenas com água ultrapura. Ambas 
as soluções utilizaram o solo impregnado com óxido de cobre.  Ao iniciar o processo de percolação, as 
soluções passaram prontamente pelas colunas de solo, embora a retenção no solo de nanopartículas 
de TiO2 tenha ocorrido com maior intensidade nesse ensaio, tomando como comparação o ensaio 
realizado anteriormente. A Tabela 1 mostra a quantidade de TiO2 retido em solos puros e em solos 
impregnaos com óxido de cobre.
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Tabela 1 – Concentração de TiO2 no lixiviado em solos impregnados com CuO.
Suspensão Aquosa (Água ultrapura e TiO2)
Concentração de TiO2 (mg/L) Solo Puro Solo Impregnado com CuO
Entrada 31,53 mg/L
Saída 0,79 0,03
Presente Inicialmente no Solo 965,82 mg/L
Retido no Solo após Percolação 996,56 997,32
Suspensão Aquosa (Água ultrapura)
Concentração de TiO2 (mg/L) Solo Puro Solo Impregnado com CuO
Saída 0,01 0,01
Presente Inicialmente no Solo 965,82 mg/L
Retido no Solo após Percolação 965,81 965,82
Observa-se, que em ambos os ensaios, sejam com a solução de água ultrapura e TiO2 ou somen-
te com água ultrapura, a concentração de TiO2 sorvido pelo solo é mais acentuada, quando se utiliza 
solos impregnados com óxido de cobre. Desse modo, o óxido de cobre teve um papel crucial para a 
contribuição na agregação e a deposição de nanopartículas de TiO2. 
4 CONCLUSÕES 
Foram observados que, nos ensaios em que o tempo médio de percolação foi maior, tem-se um 
número menor de nanopartículas de TiO2, proveniente de uma menor velocidade de percolação e, con-
sequentemente, um maior tempo de contato entre as partículas sólidas do solo com as nanopartículas 
de TiO2. Então, pode-se concluir que, quanto maior for a variação de tempo de percolação, menor será 
sua concentração final no lixiviado, que, por sua vez, apresentará maior concentração de nanopartículas 
no solo. Na segunda etapa dos ensaios, objetivou-se compreender o comportamento e o transporte 
de nanopartículas TiO2 em suspensões aquosas através de solos impregnados com óxido de cobre. 
Os resultados obtidos mostraram um aumento significativo de 0,1 % na concentração de TiO2 no solo, 
em ambas as suspensões com solos impregnados com óxido de cobre, o que nos leva a concluir a 
influência do óxido de cobre no processo de deposição de nanopartículas de TiO2 em solos.
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REFERÊNCIAS
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Estudo da Iteração das Nanopartículas de Dióxido de Titânio em Solos de Aterro Controlado Contaminados por Óxido de Cobre

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