Loader
60º COngresso Brasileiro de Química
60º Congresso Brasileiro de Química Química é Vida

Avaliação de membranas de celulose bacteriana produzidas a partir de meio salino como agentes remediadores de águas contaminadas com petróleo


ÁREA

Química de Materiais

Autores

Fonseca Caetano, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Carvalho de Souza, K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Lopes de Araújo, T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Vinhas, G.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

RESUMO

Neste trabalho foram preparadas membranas de celulose bacteriana, utilizando um meio salino patenteado pelo nosso grupo de pesquisa e o glicerol como fonte de carbono nas concentrações de 30, 40 e 50 g/L, que foram utilizadas para remediar amostras de água contaminadas por petróleo. As amostras de água, antes e após a filtração, foram analisadas por espectrofotometria UV-VIS e os resultados mostraram uma diminuição da concentração de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos após a filtração. Observou-se também que a maior concentração de glicerol no meio de fermentação produziu a membrana com o melhor resultado para o processo de filtração.

Palavras Chaves

Celulose bacteriana; Petróleo; Remediação

Introdução

O petróleo bruto é uma importante fonte de energia não renovável para o setor industrial, bem como uma matéria-prima essencial para produzir produtos químicos e polímeros sintéticos (GURAV et al., 2021). No entanto, durante a sua cadeia produtiva podem ocorrer derramamentos ou vazamentos que contaminam o mar e o solo, afetando diversos ecossistemas. Dessa forma, o meio ambiente encontra-se sempre em risco, necessitando de soluções limpas e eficazes para conter esse tipo de poluição. Uma alternativa sustentável para remediação do petróleo em águas é a utilização de membranas biopoliméricas. Os biopolímeros ou polímeros naturais são aqueles biossintetizados integralmente por seres vivos, como plantas, algumas bactérias, algas e espécies animais (GÜZEL; AKPINAR, 2020; MOHIUDDIN; KUMAR; HAQUE, 2017). Dentre os biopolímeros, pode-se destacar a celulose bacteriana (CB). A CB é um tipo de celulose produzida a partir da biossíntese de bactérias e que apresenta várias vantagens em relação à celulose de base vegetal, como alta pureza, capacidade de carga de líquido, resistência mecânica, cristalinidade, não toxicidade, sustentabilidade, biocompatibilidade e biodegradabilidade (BARSHAN et al., 2019). Durante o processo de produção da CB são necessários nutrientes, dentre os quais se destaca a fonte de carbono. Existem várias fontes de carbono de baixo custo que podem ser utilizadas para a produção de celulose bacteriana. Um exemplo é o glicerol, que é um subproduto da síntese do biodiesel e que se tornou uma grande preocupação ambiental diante do seu destino, uma vez que são produzidos 100 kg de glicerol a cada tonelada de biodiesel produzido (BOWKER; DAVIES; AL-MAZROAI, 2008). Neste trabalho foram desenvolvidas membranas de celulose bacteriana a partir de um meio de fermentação de baixo custo e utilizando o glicerol como fonte de carbono em várias concentrações, visando avaliar sua potencialidade como agentes remediadoras em águas contaminadas com petróleo.

Material e métodos

Produção das membranas: Foi utilizada a bactéria Komagataeibacter rhaeticus, do Banco de Culturas do Departamento de Antibiótico da UFPE, como produtora da celulose bacteriana. Para a preparação do meio de cultura foi utilizado o meio salino (SOUZA et al., 2020) modificado, utilizando o glicerol como fonte de carbono. Já para o crescimento do inóculo foi utilizado o meio salino modificado, utilizando como fonte de carbono a glicose da marca Kasvi. O inóculo foi preparado utilizando 100 mL do meio salino modificado contendo 30 g/L de glicose como fonte de carbono, 1 mL de etanol e 0,6 g/L da bactéria Komagataeibacter rhaeticus em cultivo estático, tendo sido incubado por 3 dias. Finalizado o período de cultivo do inóculo, ele foi transferido para dar início à produção de celulose. Para isso, foram pipetados 5 mL de inóculo para cada erlenmeyer contendo cada um 50 mL de meio salino modificado, 0,5 mL de etanol e utilizando como fonte de carbono o glicerol nas concentrações de 30 g/L, 40 g/L e 50 g/L. Desse modo, as membranas obtidas com cada uma destas concentrações serão chamadas ao longo do trabalho como CB30, CB40 e CB50, respectivamente. As membranas de celulose bacteriana foram produzidas em um período total de 20 dias em cultivo estático. Após o término desse período, as membranas foram lavadas em água corrente por 1 minuto, pesadas úmidas e inseridas em um erlenmeyer contendo água destilada e em seguidas foram esterilizadas por 15 min na autoclave. Depois de resfriadas em temperatura ambiente, as membranas foram secas em temperatura de – 2 °C por 6 dias e posteriormente pesadas. As membranas de celulose bacteriana foram produzidas inicialmente em duplicata. Filtração: O petróleo foi gentilmente cedido pelo Laboratório de Combustíveis do Instituto de Pesquisa em Petróleo e Energia, da Universidade Federal de Pernambuco. As amostras de águas contaminadas do petróleo consistiam em 100 mL de água destilada com 5 mL de petróleo bruto. A filtração ocorreu utilizando- se um kitassato, as diferentes membranas de CB como meio filtrante, a água contaminada e uma bomba de vácuo. Espectrofotometria ultravioleta-visível: Foram realizadas análises da água contaminada antes e após a filtração utilizando um espectrofotômetro ultravioleta-visível (UV-VIS) da marca Thermo Scientific. Para isso, inicialmente realizou-se a extração das amostras antes e após a utilização das membranas CB30, CB40 e CB50. A extração foi realizada utilizando cartuchos poliméricos do tipo Strata-X. Para este processo empregou-se a metodologia descrita por Napoleão et al. (2018), empregando como solvente diclometano da marca J T Baker. Os extratos obtidos foram analisados por UV-VIS na faixa de comprimento de onda de 200 a 900 nm.

Resultado e discussão

Membranas: Foi observado para as membranas características macroscópicas semelhantes, como: opacidade, homogeneidade e diâmetro (6,5 cm). Isso mostra que o procedimento utilizado na produção da celulose bacteriana foi eficaz e reprodutível. A Tabela 1 mostra os rendimentos médios das massas úmidas das membranas avaliadas. Segundo o teste de Duncan com nível de significância de 5 % (p < 0,05) não foi verificado diferenças estatísticas ao comparar as membranas úmidas com diferentes concentrações de glicerol. Espectrofotometria UV-VIS: Após a filtração das águas contaminadas pelas membranas CB30, CB40 e CB50 foram analisados os espectros de UV-VIS obtidos e apresentados na Figura 1. Os espectros de ultravioleta da água contaminada com petróleo bruto indicaram a presença de compostos como os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) representados pelas bandas primárias de absorção na faixa espectral entre 220 e 280 nm (COTTA; REZENDE; LANDGRAF, 2009). De acordo com Sun; Littlejohn e Gibson (1998), o comprimento de onda de 254 nm pode ser utilizado para quantificar o grupo dos principais HPA que são considerados poluentes ambientais. Dessa maneira, foi observado que o aumento da concentração do glicerol no meio de fermentação interferiu positivamente na remoção do petróleo das águas. A filtração com a membrana de CB50 foi a que apresentou a maior redução dos contaminantes na água. Essas diferenças nas remoções dos poluentes das águas podem ser atribuídas a diferenças na morfologia das membranas, provavelmente devido a quantidades distintas de glicerol no meio de fermentação.


Tabela 1. Resultados de rendimentos de massas úmidas de celulose bacteriana.


Figura 1. Espectros de UV-VIS da água contaminada e dos filtrados com as membranas CB30, CB40 e CB50.

Conclusões

A partir dos resultados obtidos nesse trabalho, foi possível constatar que a utilização de membranas de celulose bacteriana incorporadas com glicerol pode ser utilizada como meios filtrantes visando a diminuição da concentração de HPA em águas contaminadas com petróleo. Também se constatou que o aumento da concentração de glicerol no processo de produção da CB favorece a retenção de HPA’s pela membrana.

Agradecimentos

Ao aporte financeiro concedido pelo FINEP por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Petróleo, Gás e Biocombustíveis (PRH 30.1-ANP) e a Universidade Federal de Pernambuco por meio do Edital PROPG nº 03/2020.

Referências

BARSHAN, S. et al. Optimization and characterization of bacterial cellulose produced by Komagatacibacter xylinus PTCC 1734 using vinasse as a cheap cultivation medium. International Journal of Biological Macromolecules, 136, 1188–1195, 2019.
BOWKER, M.; DAVIES, P. R.; AL-MAZROAI, L. S. Photocatalytic Reforming of Glycerol over Gold and Palladium as an Alternative Fuel Source. Catalysis Letters, 128, 3, 253-255, 2008.
COTTA, J. A. O.; REZENDE, M. O. O.; LANDGRAF, M. D. Evaluation of solvent extraction by ultrasound by using high performance liquid chromatography for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in contaminated soils. Quimica Nova, 32, 8, 2026–2033, 2009.
GURAV, R. et al. Adsorptive removal of crude petroleum oil from water using floating pinewood biochar decorated with coconut oil-derived fatty acids. Science of The Total Environment, 781, 146636, 2021.
GÜZEL, M.; AKPINAR, Ö. Preparation and characterization of bacterial cellulose produced from fruit and vegetable peels by Komagataeibacter hansenii GA2016. International Journal of Biological Macromolecules, 162, 1597–1604, 2020.
MOHIUDDIN, M.; KUMAR, B.; HAQUE, S. 17 - Biopolymer Composites in Photovoltaics and Photodetectors. Biopolymer Composites in Electronics, 459–486, 2017.
NAPOLEÃO, D. C. et al. Use of the photo-Fenton process to discover the degradation of drugs present in water from the Wastewater Treatment Plants of the pharmaceutical industry. Afinidad, 75, 581, 23-31, 2018.
SOUZA, K. C., VINHAS, G. M., CAMPELO, J. M., LIMA, I. S. M. Meio de cultura à base de sais e fonte de carbono simples para produção de celulose bacteriana e usos. INPI: BR102020012400-5. Depósito: 18/06/2020.
SUN, F.; LITTLEJOHN, D.; DAVID GIBSON, M. Ultrasonication extraction and solid phase extraction clean-up for determination of US EPA 16 priority pollutant polycyclic aromatic hydrocarbons in soils by reversed-phase liquid chromatography with ultraviolet absorption detection. Analytica Chimica Acta, 364, 1-11, 1998.