Autores
Pinheiro, H.N. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Veloso, F.F. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Lima, W.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Abreu, F.O.M.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Araújo, N.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ)
Resumo
Nanopartículas poliméricas são materiais promissores, cujo estudos relacionados
estão sendo bastante discutidos na comunidade científica. A utilização de
polissacarídeos naturais para constituir essa tecnologia é de grande interesse
devido a biodisponibilidade e biodegradabilidade do material. Uma das aplicações
desses produtos, é a de desenvolvimento de materiais bioadsorventes utilizados
para remoção de contaminantes que podem trazer riscos à natureza. Neste trabalho
foram produzidas nanoparticulas de goma da siriguela carboximetilada com núcleo
de quitosana para adsorção de Pb na água. O material obtido apresentou bons
resultados, como tamanhos médios de partícula de 404 e 295 nm, além de uma taxa
máxima de remoção de Pb de 64%. Concluindo que o uso da tecnologia pode ser
promissor.
Palavras chaves
Nanopartículas; adsorção; goma da Seriguela
Introdução
Ambientes aquáticos contaminados com metais tóxicos causam mecanismos de
bioacumulação, aumentando assim a concentração do metal no sangue, ossos, fígado
e medula. Além disso, esses metais pesados possuem baixa taxa de excreção,
fazendo com que o metabolismo de metais importantes como cálcio, ferro e zinco
sejam comprometidos (WANG et al., 2011). Íons de chumbo possuem baixa
solubilidade em água, porém, sua disponibilidade aumenta na medida em que o pH
do meio decresce, aumentando assim sua dissipação em organismos aquáticos
naturais (WHO, 2011). O descarte de efluentes industriais oriundos da industria
siderurgica e têxtil pode contribuir para o aumento da concentração desse metal
nos corpos hídricos. O tratamento de água e efluentes visa reduzir a carga desse
tipo de poluente nos recursos hídricos, tornando-os seguros para a vida aquática
e a população no geral. Diversas técnicas são empregadas para a remoção de
metais em água e efluentes, como precipitação, eletrodeposição, troca iônica e
osmose reversa, que são comumente empregados no tratamento de efluentes com
elevado teor de metais, porém a técnica de adsorção nos ultimos 10 anos, tem se
mostrado efetiva devido a sua seletividade e por se mostrar um método de
tratamento de baixo custo em relação aos demais e de simples aplicação (LAUS et
al., 2006). A utilização de nanoparticulas (NPs)poliméricas surge como uma
alternativa econômica de favoráveis condições ambientais, eficaz na adsorção e
por apresentarem funções específicas que aumentam sua capacidade adsortiva, como
grande área de superfície de contato e facilidade de difusão (KOBASHIGAVA,
2021). Este trabalho tem o objetivo de utilizar polissacarídeos modificados
visando a produção de nanoparticulas bioadsorventes de íons Chumbo em meio
aquoso.
Material e métodos
Para produção das NPs por complexação polietrolitica foi seguida a metodologia
adaptada de Silva (2010). Duas soluções a 0,5% de goma de seriguela
carboximetilada, uma com grau de substituição 0,51 e outra 0,35 foram
adicionadas em uma mistura de quitosana com concentração a 0,2% (m/v) com
tripoliofosfato (TPF) a 100 mmol sob agitação magnética, gerando as amostras
NP3A e NP5A. Ao final do processo o pH do meio foi ajustado para 5,0 com NaOH 1M
para auxiliar na precipitação das NPs. O sistema foi centrifugado e liofilizado.
As NPs foram analisadas usando a técnica de Espalhamento de luz dinâmico (DLS)
para determinar o tamanho das partículas, utilizando equipamento
Zetasizer/Nanoseries Z590 da marca Malvern. Para o MEV, foram preparadas as
amostras de NP3A e NP5A onde a camada do material foi analisada em um
Microscópio Eletrônico de Varredura FEG Quanta 450 ambiental com EDS/EBSD de
voltagem de aceleração até 20kV. Para avaliar o comportamento das NPs como
adsorvente em relação ao tempo de contato com adsorvato, a concentração de Pb2+
foi determinada por Espectrometria de absorção atômica (EAA) em
espectrofotometro modelo Shimadzu AA-7000 com comprimento de onda de 283,3 nm,
faixa linear de 0,1 a 1,4 mg/L e chama do tipo ar / acetileno. Foi construída
uma curva de calibração representada pela equação 1: [Eq1: y = 0,0254x -0,0005
(R2 = 0,999)]. Para os testes foram utilizados 25 mg de NP em 25 mL de solução
tamponada de Pb2+ a 100 ppm com pH 5,0. As alíquotas foram retiradas em
intervalos de 5, 10, 20, 30, 4, 60, 70 e 80 minutos, avaliando a taxa percentual
de adsorção dos íons em função do tempo de contato das NPs com o metal.
Resultado e discussão
A distribuição dos tamanhos médios são fatores importantes que influenciam a
capacidade das NPs para adsorver metais pesados, levando em consideração que um
aumento do seu tamanho implica em uma diminuição da superfície de contato do
adsorvente com o adsorvato. As NPs mostraram um padrão de distribuição unimodal
para os tamanhos, obtendo valores de 404,80 ± 25,96 nm para a NP3A e 295,30 ±
23,26 nm para a NP5A. As imagens de microscopia eletrônica de varredura podem
ser visualizadas na figura 1, item, onde apresentam tamanhos uniformes, formatos
esféricos e ausência de aglomeração, corroborando com os resultados de tamanho
de partícula que não obtiveram distribuição variada nos tamanhos, nota-se também
apenas uma pequena diferença entre as partículas da NP3A (imagem A) e NP5A
(imagem B) onde a B apresenta tamanhos relativamente menores. O efeito do tempo
de contato na adsorção de Pb2+ pode ser observado na figura 2. O gráfico mostra
que as NPs obtiveram uma taxa de adsorção considerável nos primeiros cinco
minutos de teste, tal resultado está relacionado com um maior número de sítios
de adsorção (ONSOSYEN et al., 2007). Após isso ocorreu um aumento até 60 min, em
seguida apenas uma pequena variação nessa taxa foi notada. A amostra NP3A
apresentou uma taxa mais variada, com uma média de 58,92% de adsorção, enquanto
a NP5A apresentou um perfil de adsorção mais uniforme durante o tempo de teste,
obtendo uma taxa média de 64,09%. Com essses resultados é possível observar que
a NP5A foi relativamente mais eficiente do que a NP3A, isso se deve ao fato de
uma maior inserção dos grupos carboximetílicos na amostra com grau de
substituição maior, onde esses grupamentos atuam como sítios de adsorção dos
íons em solução contendo íons Pb2+ (BORSAGLI et al.,2015).
Imagens de microscopia eletrônica de varredura para a NP3A (A) e NP5A (B).
Taxa de adsorção em função do tempo de contato para a amostra NP5A (A) e NP3A (B)
Conclusões
Os resultados do estudo mostram que o preparo das partículas foi bem sucedido,
obtendo tamanhos em escala nanométrica e morfologia esférica, representando
características benéficas para a finalidade de adsorção de metais. Os resultados
para os testes de adsorção mostram uma boa taxa de adsorção em níveis altos de
chumbo em pH 5,0. Tais resultados mostram o potencial da utilização de materiais
poliméricos utilizados em métodos de tratamento de água.
Agradecimentos
Ao Programa de Pós Graduação em Ciências Naturais da UECE, à CAPES pela concessão
de bolsa para realização dessa pesquisa, à EMBRAPA pelas análises de Tamanho de
Partícula e à Central Analítica da UFC pelas análises de MEV.
Referências
BORSAGLI, F. G. L. M; MANSUR, A.A.P.; CHAGAS, P.; OLIVEIRA, L.C.A.; MANSUR, H. S. O-carboxymethyl functionalization of chitosan: Complexation and adsorption of Cd (II) and Cr (VI) as heavy metal pollutant ions. Reactive and Functional Polymers, v. 97, p. 37-47, 2015.
KOBASHIGAVA, R. S. Síntese e caracterização de nanopartículas de quitosana para adsorção de metais pesados. 2021. 67 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Bioprocessos, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2021.
LAUS, R. et al. Microesferas de quitosana reticuladas com tripolifosfato utilizadas para remoção da acidez, ferro (III) e manganês (II) de águas contaminadas pela mineração de carvão. Química Nova, [S.L.], v. 29, n. 1, p. 34-39, fev. 2006.
ONSOSYEN, Ed. et al. Metal recovery using chitosan. Journal Of Chemical Technology & Biotechnology, [S.L.], v. 49, n. 4, p. 395-404, 24 abr. 2007.
SILVA, D. A.; MACIEL, J. S.; FEITOSA, J. P. A.; PAULA, H. C. B.; PAULA, R. C. M.
Polysaccharide-based nanoparticles formation by polyeletrolyte complexation of
carboxymethylated cashew gum and chitosan. Journal of Materials Science, [S.I.], v. 45(20),p. 5605-5610, 2010.
WANG, J. et al. Protective Effect of Naringenin Against Lead-Induced Oxidative Stress in Rats. Biological Trace Element Research, v. 146 n. 3, p. 354-359, 2011.
WHO, G.; Guidelines for drinking-water quality. World Health Organization, v. 216, p. 303-304, 2011.
