Avaliação da capacidade de adsorção de Pb(II) por nanopartículas polissacarídicas de Quitosana com Gomas Regionais

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Silva, N.A. (UECE) ; Lima, M.F. (UECE) ; Sipauba, M.S. (UECE) ; Magalhães, C.E.C. (UECE) ; Abreu, F.O.M.S. (UECE)

Resumo

Devido a biodegradabilidade, materiais polissacarídeos tem sido utilizados para finalidades ambientais. Neste estudo, foi produzido nanopartículas polissacarídicas de Quitosana com Gomas Regionais visando desenvolver um dispositivo de remoção de metais pesados. Avaliou-se a capacidade de adsorção de Chumbo Pb(II), a morfologia e o tamanho de partícula. Os resultados mostraram que as partículas de Quitosana com Goma do Cajueiro, Neem, e Arábica apresentaram resultados semelhantes, com 95% ou mais de remoção de Pb(II) em solução. A análise de microscopia demonstrou partículas aglomeradas e o tamanho de partícula confirmou a escala nanométrica do material. Portanto, materiais particulados a base de polissacarídeos mostram-se eficientes e promissores para adsorção de metais pesados em água.

Palavras chaves

Adsorção; Nanopartículas; Quitosana

Introdução

Com o crescimento da atividade industrial em diversos setores, têm-se aumentado a incidência de descarte inadequado dos subprodutos gerados por essas, o que pode aumentar a quantidade de metais pesados em efluentes (GUPTA, SINGH, RAHAMN, 2004). Para diminuir a concentração de metais tóxicos em efluentes, os estudos voltados à materiais de origem natural foram intensificados. A Quitosana (QUI), derivado do exoesqueleto de crustáceos, é um polissacarídeo abundante (ZHANG, CUI, 2012). Esta tem a tendência de complexar-se com íons de metais de transição devido à presença de grupos amino e hidroxilas livres, os quais se comportam como sítios de coordenação com metais (DING et al, 2007). Outros polissacarídeos de diferentes origens de obtenção que podem apresentar sinergia junto a QUI e que também são atóxicos e biodegradáveis, são a Goma Arábica (GA), Goma do Neen (GN), Goma do Chichá (GChi) e Goma do Cajueiro (GCaj). Estes polissacarídeos são provenientes de fontes naturais, cuja extração é por meio de plantas distintas (YANG et al, 2015). A utilização de polissacarídeos neutros ou polianiônicos juntamente com a QUI, viabiliza o uso da mesma para adsorção, por meio de transformações químicas na estrutura resultante, aferindo insolubilidade ao material, tendo em vista a solubilidade da QUI em meio ácido, limitando sua aplicação direta (CRINI, 2005). Também é limitado o uso destes biomateriais polianiônicos devido a sua alta solubilidade em água (BERGER et al, 2004). Portanto, este estudo tem como objetivo avaliar a capacidade de adsorção de partículas produzidas a base de QUI com diferentes tipos de revestimento polissacarídico, QUI-GA, QUI-GCaj, QUI-CChi e QUI-GN, utilizando Pb(II) como metal pesado a ser adsorvido.

Material e métodos

Para a síntese de partículas de QUI-GA, adicionou-se volume determinado de solução de QUI 1% m/v em ácido acético 2% em um erlenmeyer sob agitação. Posteriormente, adicionou-se sob gotejamento Tripolifosfato de Sódio (TPF) 0,1 mol/L na proporção de 5:1 e deixou-se o sistema sob agitação magnética por 30 min. E então, acrescentou-se de forma controlada a solução de GA 1% m/v em água destilada na proporção de 10:1 em relação ao volume de QUI adicionado. O sistema foi deixado em agitação por mais 30 min. Em seguida, o sistema foi centrifugado (Nova Técnica NT 810) a 4000 rpm durante 20 min. O sobrenadante foi descartado e a amostra restante foi congelada e secada por meio de liofilização (L101, Liobras®, Brazil). Para a síntese dos outros tipos de partículas variou-se apenas o tipo de goma, substituindo a GA pela GCaj, GChi e GN, formando assim, os complexos de QUI-GCaj, QUI-CChi e QUI-GN. Para os ensaios de adsorção de Pb(II), adicionou-se em erlenmeyers com 25 mL de solução do metal a 200 mg/L, as diferentes partículas na concentração de 25 g/L. Os sistemas foram agitados a 200 rpm a 30°C até o tempo de equilíbrio em um agitador rotatório de bancada. Em seguida, centrifugou-se para a separação das partículas. Para a determinação da concentração restante do metal, analisou-se alíquotas em um espectrofotômetro de absorção atômica (AA-7000 Shimadzu). Realizou-se ensaios de adsorção com os polissacarídeos não complexados afim de avaliar a capacidade de adsorção dos mesmos. O material com maior capacidade de adsorção foi caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) (FEG Quanta 450 ambiental), com ampliação de 1000 vezes, e tamanho de partícula em um Nano Zeta Sizer (Malvern 3600) através de amostras de partículas em suspensão aquosa em pH neutro a 25°C.

Resultado e discussão

Neste estudo, as diferentes partículas foram produzidas com o mesmo núcleo de QUI-P3O10-5, em que a QUI foi inicialmente reticulada através da interação eletrostática dos grupos aminos presentes na estrutura da QUI com grupamentos P3O10-5 presentes no TPF. Em seguida, a estrutura da QUI interage com os grupos –OH e –COOH presentes nas estruturas das Gomas formando assim, as partículas para adsorção de metais pesados. A capacidade de adsorção de cada sistema de partícula é mostrado na Figura 1. O sistema a base de QUI-GCaj teve maior valor, com 193,9 mg/g, logo seguido dos sistemas QUI-GA, 189,5 mg/g, QUI-GN, 188,6 mg/g e por último o sistema de QUI-GChi com 149,8 mg/g. A diferença do potencial de adsorção dos sistemas estudados pode ser atribuído a disponibilidade de sítios ativos carboxílicos e amino disponíveis para a complexação com o íon metálico no meio aquoso. Um teste da capacidade de adsorção dos polissacarídeos não complexados, mostrou-se inferior em comparação as partículas produzidas com QUI-GA, QUI-GCaj e QUI-GN, demonstrando que são mais eficientes do que os materiais individuais, pois tanto a QUI quanto as Gomas, quando utilizadas de forma individual nos ensaios de adsorção se solubilizaram na solução após 5 min o que impossibilita a remoção como dispositivo contendo os metais pesados adsorvidos. A morfologia das partículas de QUI-GCaj foi avaliada por MEV. Através da Figura 2(A) pode- se observar que o material particulado apresentou uma morfologia irregular e com um alto grau de aglomeração, bem como a apresentação de superfície rugosa. O resultado de tamanho de partícula para o sistema QUI-GCaj, Figura 2(B), confirmou que o material particulado encontra-se em uma escala nanométrica com partículas de distribuição unimodal de 300 a 400 nm.

Figura 2(A): MEV de partículas de QUI-GCaj. Figura 2(B): Distribuição de tamanho de partículas de QUI-GCaj.

Conclusões

O presente estudo buscou avaliar a capacidade de adsorção de partículas de QUI revestidas em diferentes tipos Gomas. As partículas de QUI-GCaj apresentaram maior potencial para remoção de Pb(II) conferindo ótima aplicabilidade dos polissacarídeos envolvidos, em que estes não são utilizados de forma individual devido a solubilidade em meio aquoso. Em estudos posteriores, tais sistemas particulados também poderão mostrar-se eficientes para o tratamento de efluentes industriais e na remoção de outros metais pesados, como Níquel, Zinco, Cádmio, Cobre, entre outros.

Agradecimentos

A UECE, aos laboratórios LAQAM, SISNABIO, LQPN, à Central Analítica-UFC, a Embrapa Agroindústria Tropical e a FUNCAP pelo apoio financeiro.

Referências

BERGER, J., REIST, M., MAYER, J.M., FELT, O., GURNY, R. Structure and interactions in chitosan hydrogels formed by complexation or aggregation for biomedical applications. Eur. J. Pharm. Biopharm., vol. 57,p. 35-52, 2004.

CRINI, G. Recent developments in polysaccharide-based materials used as adsorbents in wastewater treatment. Prog. Polym. Sci., vol. 30, p. 38–70, 2005.

DING, P., HUANG, K.L., LI, G.Y., ZENG, W.W. Mechanisms and kinetics of chelating reaction between novel chitosan derivatives and Zn(II). J. Hazard. Mat., vol. 146, p. 58-64, 2007.

GUPTA, V.K., SINGH, P., RAHAMN, N. Adsorption behavior of Hg(II), Pb(II), and Cd(II) from aqueous solution on Duolite C-433: a synthetic resin, J. Colloid Interface Sci., vol. 275, p. 398–402, 2004.

ZHANG, Z., CUI, H. Biodegradability and biocompatibility study of poly (chitosan-g- lactic acid) scaffolds. Molecules, vol. 17, 3243–3258, 2012.

YANG, J., HAN, S., ZHENG, H., DONG, H., & LIU. Preparation and application of micro/nanoparticles based on natural polysaccharides.Carbohydr. Polym, vol. 123, p. 53-66, 2015.