Microesferas magnéticas de quitosana: preparação, caracterização e aplicação

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Toaldo, L.T. (UCS) ; de Marco, C. (UCS) ; Farrarini, F. (UCS) ; Bonetto, L.R. (UCS) ; Crespo, J.S. (UCS) ; Giovanela, M. (UCS) ; Carli, L.N. (UFSC)

Resumo

Microesferas magnéticas de quitosana foram preparadas pela técnica de reticulação em suspensão. O material magnético utilizado para a preparação das microesferas foi a magnetita (Fe₃O₄), a qual foi preparada por meio da precipitação de soluções de FeCl₃.6H₂O e FeSO₄.7H₂O, em meio alcalino. A morfologia das microesferas foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por dispersão de energia (EDS). Posteriormente, as microesferas de quitosana foram empregadas na remoção do corante violeta de metila 2B em meio aquoso. Foram obtidos percentuais de remoção do corante da ordem de 86%. Os resultados demonstraram que o tempo de contato é um importante parâmetro que influencia a remoção do corante.

Palavras chaves

Quitosana magnética; Adsorção; Violeta de metila 2B

Introdução

Os corantes são amplamente utilizados em indústrias de papel, tecidos, couro, entre outras. Entretanto, seu descarte indevido pode causar problemas significativos, por serem carcinogênicos e tóxicos para a vida aquática (LIU et al., 2011). Segundo Mittal, Gajbe e Mittal (2008), o corante violeta de metila 2B, ao sofrer decomposição, origina produtos perigosos (monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio), que podem causar sérios problemas aos organismos vivos. Além disso, em função de sua estrutura molecular, esses compostos são de difícil tratamento (SHEN et al., 2011). Muitos métodos têm sido propostos para a remoção de corantes em meio aquoso. A adsorção tem se destacado nesse cenário por ser uma técnica promissora devido à alta eficiência e baixo custo (XIE et al., 2011). Nesse sentido, vários adsorventes têm sido propostos para remoção do violeta de metila e outros corantes básicos em meio aquoso (XU et al., 2011), dentre os quais a quitosana (CHIOU, HO & LI, 2004). A quitosana, proveniente da desacetilação parcial da quitina, é um polissacarídeo composto por unidades de glucosamina e N-acetil-glucosamina. É um material promissor para fins de adsorção (CRINI & BADOT, 2007) e, combinado com nanopartículas de Fe₃O₄, pode adquirir propriedades magnéticas. Isso permite a fácil separação do meio após o tratamento através da utilização de um campo magnético externo, dispensando a necessidade de centrifugação ou de aplicação de outro processo (ZHOU et al., 2010). O objetivo principal deste trabalho foi preparar e caracterizar microesferas magnéticas de quitosana e avaliar sua eficiência no processo de remoção do corante violeta de metila 2B, através do processo de adsorção em meio aquoso.

Material e métodos

As microesferas de quitosana foram preparadas com base no método proposto por Denkbas et al (2002). Utilizou-se quitosana de alta massa molar (> 300000 g mol^-1) com grau de desacetilação superior a 75% (Sigma-Aldrich). A magnetita (Fe₃O₄) foi preparada por meio da precipitação de soluções de FeCl₃.6H₂O e FeSO₄.7H₂O, em meio alcalino, seguindo o método proposto por Duan et al. (2012). A morfologia das microesferas foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e o mapeamento composicional das amostras por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). As imagens foram obtidas em um microscópio Shimadzu SSX-550, operando a uma voltagem de 15 kV. As amostras foram previamente recobertas com uma fina camada de ouro, de modo a torná-las condutoras. Para os ensaios de adsorção, utilizou-se 25 mL de solução de violeta de metila 2B com concentração de 60 mg L^-1, contendo 0,1 g de quitosana. A amostra permaneceu em diferentes tempos de contato: 15, 30, 60, 120, 180, 240 e 360 min, sob agitação de 200 rpm. De modo a avaliar o percentual de remoção do corante, foi realizada a análise de espectroscopia de absorção molecular na região do visível, utilizando-se o comprimento de onda de absorção máxima do corante violeta de metila 2B (582 nm), em um espectrofotômetro Thermo Scientific Evolution.

Resultado e discussão

A quitosana comercial utilizada neste trabalho apresenta um aspecto geometricamente irregular (Figura 1a). As imagens de MEV confirmaram o formato esférico do material obtido (Figura 1b), com tamanho médio das partículas de aproximadamente 40 μm. Estudos indicam que este formato esférico das partículas de quitosana é uma característica favorável à adsorção de poluentes (ANDRADE, 2012). O mapeamento composicional da amostra por EDS permitiu verificar que as partículas de magnetita encontram-se uniformemente distribuídas na superfície das microesferas, com alguns pontos de aglomeração. Nos ensaios de adsorção, inicialmente testou-se a eficiência da quitosana comercial em relação às microesferas de quitosana (com e sem magnetita) para uma solução de violeta de metila 2B. Nestes ensaios preliminares, observou-se um maior percentual de remoção para as microesferas magnéticas, o que indica que as nanopartículas de magnetita potencializam sua capacidade de remover o corante violeta de metila 2B, presente em meio aquoso. O percentual de remoção do corante em função do tempo de contato utilizando as microesferas magnéticas de quitosana está apresentado na Figura 2. Pode-se verificar que a quantidade máxima de corante removida pelas microesferas ocorre por volta de 60 min, no qual o valor é de, aproximadamente, 86%.

Imagem de MEV e EDS da (a) quitosana comercial e (b) microesferas magnéticas de quitosana


Percentual de remoção do corante violeta de metila 2B em função do tempo

Conclusões

Neste estudo, microesferas magnéticas de quitosana foram sintetizadas pela técnica de reticulação em suspensão. As mesmas foram utilizadas como adsorvente para a remoção do corante violeta de metila 2B em meio aquoso. As microesferas apresentaram elevada capacidade de adsorção, removendo aproximadamente 86% do adsorvato. Esses resultados revelaram que esse material tem grande potencial para ser aplicado na remoção de corantes por adsorção.

Agradecimentos

Os autores agradecem à CAPES, ao CNPq e à FAPERGS pelo apoio financeiro.

Referências

ANDRADE, S. M. B. et al. Preparação e caracterização de membranas de quitosana de camarões (Litopenaeus Vannamei) e caranguejos (Ucides Cordatus). BioFar. p. 102-111, 2012. Disponível em: http://sites.uepb.edu.br/biofar/download/v7n2-2012/preparacaomembranasquitosana.pdf. Acesso em: 31 jul. 2014.

CHIOU, M. -S., HO, P. -Y., LI, H. -Y. Adsorption of anionic dyes in acid solutions using chemically cross-linked chitosan beads. Dyes and Pigments. v. 1, n. 60, p. 69-84, 2004. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720803001402>. Acesso em: 05 jul. 2014.

CRINI, G.; BADOT, P. -M. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Progress in Polymer Science. v. 4, n. 33, p. 399–447, 2008. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670007001293> Acesso em: 10 jul. 2014.

DENKBAS, E. et al. Magnetic chitosan microspheres: preparation and characterization. Reactive & Functional Polymers, v. 50, p.225-232, 2002. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1381514801001158#>. Acesso em: 06 jul. 2014.

DUAN, J. et al. Halloysite nanotube-Fe3O4 composite for removal of methyl violet from aqueous solutions. Desalination, v. 293, p. 46–52, 2012. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916412001233>. Acesso em 20 jul. 2014.

LIU, R. et al. Adsorption of methyl violet from aqueous solution by halloysite nanotubes. Desalination, v. 2, n. 268, p.111-116, 2011. Disponível em:
< http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916410007216>. Acesso em: 05 jul. 2014.

MITTAL, A., GAJBE, V., MITTAL, J. Removal and recovery of hazardous triphenylmethane dye, methyl violet through adsorption over granulated waste materials. Journal of Hazardous Materials. v. 2, n. 150, p. 364-375, 2008. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389407006115>. Acesso em: 08 jul. 2014.

SHEN, C. et al. H2O2-induced surface modification: A facile, effective and environmentally friendly pretreatment of chitosan for dyes removal. Chemical Engineering Journal. v. 2, n.166, p. 474-482, 2011. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589471001048X>. Acesso em: 09 jul. 2014.

XIE, Y. et al. Magnetic halloysite nanotubes/iron oxide composites for the adsorption of dyes. Chemical Engineering Journal. v. 2, n.168, p.959-963, 2011. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894711001999>. Acesso em: 15 jul. 2014.

XU, R. -K. et al. Adsorption of methyl violet from aqueous solutions by the biochars derived from crop residues. Bioresource Technology. v. 22, n. 102, p. 10293-10298, 2011. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852411011990>. Acesso em: 12 jul. 2014.

ZHOU, L. et al. Adsorption of Hg(II) from aqueous solution by ethylenediamine-modified magnetic crosslinking chitosan microspheres. Desalination. v. 1-3, n. 258, p. 41-47, 2010. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916410002079>. Acesso em: 11 jul. 2014.