Avaliação das propriedades de hidrogéis à base de kappa-carragena e maghemita

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Maciel, D. (UERJ) ; Ferreira, I. (UERJ) ; Costa, G. (UFOP) ; Silva, M. (UNIFEI)

Resumo

O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar hidrogéis magnéticos à base de kappa-carragena. Foi estudada a influência do agente reticulante (KCl) em diferentes concentrações (0,3 mol/L e 0,5 mol/L) sobre as propriedades dos hidrogéis. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (SEM), magnetometria de amostra vibrante (VSM), difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia Mössbauer. Foram obtidos hidrogéis com boa estabilidade térmica e comportamento superparamagnético. As magnetizações de saturação e residual das amostras foram, respectivamente, 7,78 e 0,45 emu/g. Os resultados de DRX e Mössbauer mostraram que o material magnético sintetizado foi composto basicamente por maghemita.

Palavras chaves

Hidrógeis magnéticos; Carragena; Maghemita

Introdução

Hidrogéis à base de polissacarídeos vem sendo utilizados em virtude de suas características. Entre eles, a carragena se destaca pela alta capacidade de absorção de água, biocompatibilidade, biodegradabilidade, não toxicidade e pela sua abundância, pois é extraída de algas vermelhas (NAZARUDIN, et al., 2011). Nos últimos anos, o emprego de materiais poliméricos com propriedades magnéticas, voltados para a remoção de metais pesados, presentes nos efluentes de águas residuais, vem sendo aplicado pela facilidade de remoção desses materiais após o tratamento, pois quando colocados na presença de um campo magnético, há uma aglutinação das partículas por conta da sua magnetização e estas precipitam pela ação da gravidade (FATEIXA, et al., 2013; TRINDADE, et al., 2008). Desta forma, eles podem ser facilmente separados e retirados do efluente tratado. Para que um material polimérico apresente propriedades magnéticas é necessário adicionar, na fase de preparo dos materiais, óxido de ferro, como por exemplo, magnetita (Fe3O4) e maghemita (Fe2O3), os quais são atóxicos, característica esta que os tornam apropriados para serem aplicados em diversos setores (MOREIRA, et al., 2012; WANG, et al., 2005). O presente trabalho tem como objetivo estudar o processo de preparação de hidrogéis magnéticos à base de kappa-carragena, bem como a sua caracterização.

Material e métodos

Síntese do material magnético - A síntese do óxido de ferro foi realizada pela mistura de sais de Fe (II) e Fe (III) utilizando a técnica de co-precipitação. Soluções aquosas de FeCl3 e FeSO4 foram previamente preparadas e misturadas com auxílio de agitação mecânica, em atmosfera de nitrogênio e em temperatura ambiente. À mistura, foi adicionada NH3OH e a agitação continuou durante 1 hora, a 70 º C. Após esta etapa, a mistura foi lavada diversas vezes até pH 7. Em seguida, sob agitação branda, adicionou-se 10 mL de ácido oleico, a 80°C. Após 30 minutos, a mistura final foi lavada com etanol para a retirada do excesso de ácido oleico e o material magnético foi guardado em dessecador. Preparo dos hidrogéis – Foi preparada uma solução aquosa de kappa-carregena 2% m/v a 60°C. Em seguida, a solução foi resfriada até 50°C. Após isso, foi adicionado o material magnético na razão 2:1 em peso de carragena por óxido de ferro, sob agitação. A mistura final foi gotejada, a temperatura ambiente, através de bomba dosadora, em um becher contendo a solução do reticulante (KCl), em diferentes concentrações (0,3 e 0,5 mol/L). As microesferas formadas foram deixadas em contato com o reticulante, sob agitação branda, por 24 horas. Após a reação de reticulação, as microesferas foram filtradas, lavadas com água deionizada, para remover o excesso de íons de potássio e secas em estufa a 40ºC. Em seguida, os hidrogéis foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (SEM), magnetização de amostra vibrante (VSM), ensaios de intumescimento (GI), difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia Mössbauer.

Resultado e discussão

Pode-se observar na Figura 1 que a superfície das microesferas apresentou-se rugosa. O aumento na concentração de agente reticulante parece ter aumentado a rugosidade da superfície do hidrogel. Tanto o material magnético puro, como as amostras de hidrogel (carragena + material magnético) foram caracterizadas por espectroscopia Mössbauer. A Figura 2 mostra os espectros obtidos e, pode-se concluir que as amostras são basicamente constituídas de maghemita (sexteto vermelho) e um pouco de goethita (sexteto azul). Isso pode ser comprovado pelos valores dos campos magnéticos: Hidrogel (Figura 2a): 487 kOe, típico de maghemita e, 363 kOe típico de goethita. Material magnético puro (Figura 2b): 484 kOe (maghemita), e 361 kOe (goethita). Os demais parâmetros hiperfinos (desvio isomérico, deslocamento quadrupolar) também apontam para estas fases. A Figura 2 também mostra as curvas de TGA e DTG dos hidrogéis magnéticos preparados com 0,3 e 0,5 mols. L-1 de KCl, cujas temperaturas relacionadas ao estágio de degradação da cadeia polimérica foram, respectivamente, 218,07ºC e 224,15ºC. Pode-se concluir que, o aumento no teor de agente reticulante, tendeu a aumentar a resistência térmica do hidrogel magnético formado. As amostras apresentaram comportamento superparamagnético, pois as curvas de VSM não mostraram a ocorrência de histerese e o valor de magnetização residual ficou próximo de zero (Mr = 0,453 emu/g). A magnetização de saturação do hidrogel ficou em torno de 7,780 emu/g.

Figura 1: Micrografias do MEV do hidrogel magnético (a) κ -Carragena + Fe2O3 com 0,3 mol/l de KCl e (b) κ -Carragena + Fe2O3 com 0,5 mol/l de KCl


Figura 2: Espectros de Mösbbauer do hidrogel (a) material magnético puro (b); curvas de TGA e TDG dos hidrogéis com 0,3 mol. L-1 (c) 0,5 mol. L-1 (d)

Conclusões

Foram preparados hidrogéis magnéticos à base de κ -Carragena. As análises de espectroscopia Mössbauer mostraram que, o material magnético é constituído basicamente de maghemita e um pouco de goethita. O aumento no teor de reticulante (KCl), tendeu a aumentar a temperatura de degradação do polímero. Os hidrogéis preparados apresentaram comportamento superparamagnético. A magnetização de saturação do hidrogel ficou em torno de 7,780 emu/g e o valor de magnetização residual ficou próximo de zero (Mr = 0,453 emu/g).

Agradecimentos

Os autores agradecem à FAPERJ, pelo auxílio financeiro.

Referências

FATEIXA, S.; TRINDADE, T.; SILVA, A. L. D.; SALGUEIRO, A. M. k- Carrageenan hydrogel nanocomposites with release behavior mediated by morphological distinct Au nanofillers. Carbohydrate Polymers. 1– 10 p, 2013.

MOREIRA, J.; NETO, R.; ESTRADA, A. C.; SILVA, A. L da.; TRINDADE, T.; GIL, A. M. Impact of magnetic nanofillers in the swelling and release properties of carrageenan hygrogel. Carbohydrate Polymers. 1- 8 p, 2012.

NAZARUDIN, M. F.; SHAMSURF, A. A.; SHAMSUDIN, M. N. Preparation and physicochemical evaluation of biodegradable magnetic K-carrageenan beads and application for chromium ions pre-concentration. Journal. Chil.Chem. vol. 56. nº. 4. 1- 8 p, 2011.

TRINDADE, T.; LÓIO, R.; GOODFELLOW, B. J.; GIL, A. M. Effects of magnetite nanoparticles on the thermorheological properties of carrageenan hydrogels. Journal of Colloid and Interface Science. 1– 7 p, 2008.

WANG, J.; DENG, T.; DAI, Y. Study on the processes and mechanism of the formation of Fe3O4 at low temperature. J. of Alloys and Compounds. 127–132 p, 2005.