Autores
Silva, P.P. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Gomes, V.A.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Carvalho, G.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA)
Resumo
Polímeros naturais para produção de hidrogéis têm sido amplamente estudados. Este
trabalho objetiva produzir hidrogéis de celulose (CEL) e alginato de sódio (AL),
carboximetilcelulose (CMC) e alginato de sódio (AL) a partir de soluções nas
proporções de 25/75, 40/60, 50/50, 40/60, 75/25 de CEL/AL e 25/75, 40/60, 50/50
de CMC/AL pelo método de gelificação iônica. As amostras foram caracterizadas por
espectroscopia de infravermelho (FTIR), Intumescimento (%I), carga superficial
(pHPCZ) e área superficial (BET). Os resultados mostraram que as propriedades dos
hidrogeis são dependentes da composição e sendo possível modular suas
propriedades para aplicação como adsorventes de contaminantes aniônicos e
catiônicos.
Palavras chaves
Polímeros; Reticulação; Novos Materiais
Introdução
O crescente desenvolvimento tecnológico tem estimulado a busca por novos
materiais com intuito de promover o desempenho e diminuir custos. O petróleo é a
principal fonte de matéria prima para produção de polímeros, no entanto, com o
aumento dos custos para produção e a poluição ambiental, tornou-se necessário a
busca por novas fontes poliméricas (RAI et al., 2020).
Existe abundância de polímeros no meio ambiente, estes materiais possuem
características como baixa toxicidade, biodegradabilidade, disponibilidade e
baixo custo. Tornando-os um material promissor para substituição do uso de
polímeros sintéticos derivados do petróleo (HU et al., 2018).
Dentre os polímeros de origem natural o alginato de sódio (AL) derivado do ácido
algínico é um polissacarídeo bastante utilizado para produção de materiais não
tóxicos e bicompatíveis (HU et al., 2018). A celulose (CEL) também é um
polissacarídeo presente com abundância em vegetais, possuindo uma característica
importante para uso em larga escala (ZAINAL et al., 2021). Aplicações de CEL
podem ser aprimoradas pela associação com outros componentes, como a
carboximetilcelulose (CMC), derivado da CEL que contém grupos carboximetil que
são gerados pela reação da CEL e o ácido monocloroacético na presença de
hidróxido de amônio, trazendo ao polímero maior solubilidade devido à sua
natureza altamente higroscópica (UYANGA & DAOUD, 2021).
O uso de polímeros de fontes renováveis para produção de hidrogéis tem sido
estudado por vários pesquisadores sendo fortes candidatos a substituírem os
polímeros de origens sintéticas (ASWATHY et al 2020). Nesse sentido este
trabalho objetiva produzir hidrogéis CEL/AL e CMC/AL e definir a melhor
formulação com perspectivas para a remoção de poluentes em águas residuais.
Material e métodos
Os hidrogéis foram produzidos com uso de soluções 3% (m/v) de cada polímero nas
proporções de 25/75, 40/60, 50/50, 60/40, 75/25 de CEL/AL e 25/75, 40/60, 50/50
de CMC/AL respectivamente em cloreto de cálcio (CaCl2 1, 2, 3 e 5 % (m/v)). Foi
empregado o método de extrusão/solidificação para formação de hidrogéis em
esferas. Após serem gotejados em CaCl2, foram mantidos por 24 h em repouso. Em
seguida lavados com água destilada para remoção de íons cálcio em excesso e
secos a 40ºC em estufa. O %I foi realizado conforme ATA, et al. (2020) com
modificações. Os hidrogéis foram secos a 40ºC por 24h e pesados (M1). Imersos em
recipientes contendo 100 mL de água destilada e mantidos por diferentes
intervalos de tempo à temperatura ambiente. Removidos dos meios e pesados (M2).
O %I foi calculado usando a seguinte equação:
%I = (("M2-M1" ))/"M1" "*100"
Análises de FTIR foram realizadas em equipamento Bruker-Vertex 70, equipado com
acessório ATR com cristal Ge 45°.Os espectros foram obtidos com resolução de 2
cm-1 na faixa de 4000-400 cm-1.
O valor do pHPCZ foi determinado adicionando 0,10 gramas dos hidrogéis em um
recipiente com 10 mL de água destilada e em outro recipiente com 10 mL de
solução de KCl (1mol/L) por 24 hora. Os valores de pH das duas solução foram
determinados pela equação:
〖pH〗_PCZ=2 x pH(KCl)-pH(H2O)
A área superficial dos hidrogéis doi determinada por fisissorção de nitrogênio
(BET). O equipamento utilizado foi o Autosorb-Quantachrome NOVA 1200e (Surface
Area & Poro Size Analyzer).
Resultado e discussão
Comparando os valores de %I dos hidrogéis (Tabela1) observa-se que tanto a
concentração da solução de coleta quanto a composição interferem nessas
propriedades. Quanto maior a concentração de CaCl2 menor a %I, provavelmente
devido a maior disponibilidade de íons Ca+2 contribuirem para maior densidade de
reticulação dos hidrogéis (PILIPENKO et al., 2019). Os hidrogéis produzidos com
CMC apresentaram maior %I, (2000%) provavelmente devido sua maior afinidade pela
água do que a CEL (UYANGA & DAOUD, 2021). Na Figura 1 (a) e (b) é possível
observar que a banda referente ao estiramento da ligação OH (3413-3243 cm-1) é
mais larga e intensa para CMC/AL provavelmente devido a maior interação da
molécula de CMC com o AL. A banda em 1590 cm-1, pode ser atribuída a interações
entre os grupos hidroxilas e carboxilatos para CEL/AL e ácido carboxílico e
hidroxilas para CMC/AL. Na região entre 1420 e 1375 cm-1 é observado que os
hidrogéis apresentam bandas intensas e mais alargadas (Figura 1 a, b),
atribuídas ao estiramento assimétrico da ligação C-OH (SHENG et al 2021). O
pHPCZ dos hidrogéis traz valores com ampla faixa de pH para possível aplicação
como adsorventes (Tabela 1). Quando o pH do meio é > pHPCZ a superfície do
material estará carregada negativamente, favorecendo adsorção de cátions. Em pH<
pHPCZ, a carga superficial do material será positiva, favorecendo a adsorção de
ânions (GÓES et al, 2016). Hidrogéis CEL/AL possuem maior área superficial que
os hidrogéis CMC/AL, Tabela 1, apesar de apresentarem menor %I, provavelmente
por possuir menos poros disponíveis para a fisiossorção.
Índice de intumescimento (I%), área superficial específica (BET) e carga superficial (pHPCZ) para os diferentes hidrogéis de CEL/AL e CMC/AL.
Espectros de infravermelho (a) Celulose, alginato e hidrogéis de CEL/AL e (b) CMC, alginato e hidrogéis de CMC/AL.
Conclusões
Com a realização do %I foi possível escolher a solução de gotejamento (CaCl2 1%)
e a formulação dos hidrogéis CEL/AL 50/50 e CMC/AL 50/50 com melhor índice que os
demais. É possível observar picos caraterísticos da CEL, CMC e AL em todas as
formulações de hidrogéis através do FTIR. Com a medida de pHPCZ foi possível
estimar o pH de mudança da carga superficial do adsorvente. A área superficial
especifica dos hidrogéis mostrou que os hidrogéis de CEL possuem maior área
superficial que os hidrogéis de CMC, provavelmente devido suas diferentes
interações.
Agradecimentos
Ao CNPq, CAPES e Fundação Araucária pelo suporte financeiro. À CMLP Laboratórios
ESPEC da Universidade Estadual de Londrina pelas análises.
Referências
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