AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DA QUITINA TRATADA POR ULTRASSOM ASSISTIDO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

M. Nascimento dos Santos, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; de Loreto Rodrigues, I. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Dotto, G.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA)

Resumo

Neste trabalho a quitina foi tratada via ultrassom assistido com o intuito de melhorar suas propriedades adsorventes. Foram avaliados os efeitos do ciclo ultrassônico e da amplitude no grau de desacetilação (GD), índice de cristalinidade (IC) e área superficial específica (S) da quitina. O grau de desacetilação não foi influenciado pelo tratamento ultrassônico, mantendo-se entre 42,3 e 45,8%. Para todas as condições de ultrassom, o índice de cristalinidade diminuiu de 86,3% (quitina sem tratamento) para 70,0%. A área superficial específica aumentou de 2,2 para 60,0 m²g^-1. O tratamento via ultrassom assistido é uma alternativa para melhorar a características adsorventes da quitina.

Palavras chaves

QUITINA; ULTRASSOM; ADSORÇÃO

Introdução

Os polímeros naturais têm sido amplamente estudados devido, entre outros aspectos, ao fato de terem diversas aplicações, fácil obtenção, serem biocompatíveis e biodegradáveis (AZEVEDO et al., 2007). A quitina, observada pela primeira vez em 1811, é considerada o segundo biopolímero mais abundante na natureza depois da celulose (BHATNAGAR e SILLANPÄÄ, 2009). Estima-se que a maior fonte de quitina é o ambiente marinho, onde habitam caranguejos e camarões cujas conchas (exoesqueleto) são formadas basicamente por quitina associada a proteínas e lipídeos. Ainda pode ser encontrada como componente estrutural de insetos, fungos e leveduras (SCHLEUTER et al., 2013). A quitina, como material adsorvente, já é frequentemente estudada no meio científico. Entre outras vantagens já citadas, o baixo custo de obtenção também facilita sua utilização. No entanto, a quitina possui baixa área superficial e alta cristalinidade, que podem diminuir seu poder adsorvente (TANG et al.,2012). O ultrassom assistido é uma técnica alternativa que pode melhorar essas características. As ondas ultrassônicas propiciam condições termodinâmicas extremas nas vizinhanças da superfície sólida,podendo causar modificações físico-químicas no material (BREITBACH e BATHEN, 2001). Este trabalho teve como objetivo avaliar as características relacionadas ao poder adsorvente da quitina, submetida ao tratamento ultrassônico. A quitina, antes e após o tratamento ultrassônico, foi caracterizada por análise de infravermelho (FTIR), difração de raio X (DRX) e isotermas de nitrogênio (BET).

Material e métodos

Obtenção e tratamento ultrassônico da quitina:a quitina foi obtida a partir de resíduos de camarão (P. brasiliensis) (DOTTO et al., 2013),foi moída (MARCONI-MA880) e peneirada obtendo-se partículas com diâmetro variando entre 425 e 850 µm.O tratamento via ultrassom assistido da quitina foi realizado como se segue:5,0 g de quitina foram adicionados em 300mL de água destilada.Uma sonda ultrassônica de titânio (HIELSCHER-UP400S) foi imersa na mistura (água/quitina) durante 1h, com potência de 400W e frequência de 24kHz.O tratamento da quitina foi realizado sob diferentes ciclos (0,50, 0,75 e 1,00) e amplitudes (20, 60 e 100%).Ao fim de cada tratamento, as quitinas tratadas foram secas e armazenadas para posterior caracterização. Características da quitina:a quitina, antes e após o tratamento ultrassônico, foi caracterizada de acordo com o grau de desacetilação, índice de cristalinidade e área superficial específica. O grau de desacetilação (GD) foi obtido através de análise de infravermelho (FTIR) (Shimadzu, Prestige 21, Japão) utilizando a relação entre as absorbâncias dos grupamentos C=O (A_C=O) e OH (A_OH), conforme a Eq.(1) (Sabnis e Block,1997): GD=100-[75.2(A_C=O⁄A_OH)] (1) O índice de cristalinidade (IC) foi obtido por difração de raios X (DRX) (Rigaku, Miniflex 300, Japão). A intensidade do pico cristalino (I₁₁₀) e da região amorfa (I_am) foram utilizados para calcular os valores do IC através da Eq.(2) (AL SAGHEER et al., 2009): IC= ((I₁₁₀-I_am)/I₁₁₀).100 (2) A Área Superficial Específica (S) foi determinada em um analisador de partículas (Micromeritcs,ASAP 2020, EUA).O método BET foi utilizado para estimar os valores de S. (BRUNAUER et al.,1938)

Resultado e discussão

O FTIR foi utilizado para identificar os grupos funcionais da quitina e estimar o grau de desacetilação (GD), antes e após o tratamento via ultrassom assistido. Na Figura 1, pode-se observar o espectro FTIR da quitina (a) sem tratamento e (b) tratada via ultrassom assistido (ciclo 1.0 e amplitude de 60%) (os espectros da quitina tratada foram similares para as demais condições de ciclo e amplitude). Após o tratamento ultrassônico (Fig.1b), não se observou significativa mudança no espectro. Isso indica que não ocorreu significativa mudança na composição química da quitina durante o tratamento. O GD não foi influenciado pelo tratamento ultrassônico, mantendo-se entre 42,3 e 45,8%. A Figura 2 mostra a influência do tratamento ultrassônico no índice de cristalinidade (IC) da quitina. Observa-se que, para todas as condições do tratamento, o IC da quitina reduziu de 86.3% (quitina sem tratamento) para cerca de 70.0%. Essa redução se deve, provavelmente, ao rearranjo das cadeias da quitina durante o tratamento ultrassônico. Em relação à área superficial específica (S) da quitina, observou-se que a baixas amplitudes (20%), esta não foi influenciada pelo tratamento. No entanto, com amplitude de 60%, S aumentou para 60 m² g^-1. O aumento de amplitude até 100% não apresentou influência nos valores de S. Assim, o uso do ciclo ultrassônico em 1.0 e amplitude de 60% são suficientes para aumentar em cerca de 30 vezes a área superficial específica da quitina. Em síntese, verificou-se que o tratamento via ultrassom assistido proporcionou uma quitina sem mudanças no grau de desacetilação, com baixo índice de cristalinidade e área superficial específica cerca de 30 vezes maior. Essas características são desejáveis na utilização de quitina como adsorvente.

Espectros FTIR da quitina antes e após o tratamento ultrassônico


Influência do tratamento ultrassônico no índice de cristalinidade (IC) da quitina

Conclusões

Neste trabalho foram avaliados os efeitos do ciclo ultrassônico e da amplitude no grau de desacetilação (GD), índice de cristalinidade (IC) e área superficial específica (S) da quitina. O grau de desacetilação não foi influenciado, mantendo- se entre 42,3 e 45,8%. O índice de cristalinidade diminuiu de 86,3% para 70,0%. A área superficial específica aumentou cerca de 30 vezes alcançando valores de 60,0 m2g-1. O tratamento via ultrassom assistido é uma alternativa para melhorar a características adsorventes da quitina.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro.

Referências

AL SAGHEER, F. A.; AL-SUGHAYER, M. A.; MUSLIM, S.; & ELSABEE, M. Z. Extraction and characterization of chitin and chitosan from marine sources in Arabian Gulf. Carbohydrate Polymers, p.410–419, 2009.
AZEVEDO, V.V.C.; CHAVES, S.A.; BEZERRA, D.C.; FOOK, M.V.; COSTA, A.C.F. Quitina e Quitosana: aplicações como biomateriais. Remap. Brasil, p.28, 2007.
BHATNAGAR, Amit; SILLANPÄÄ, Mika. Applications of chitin-and chitosan-derivatives for the detoxification of water and wastewater. Advances in Colloid and Interface Science. Finlândia, p.26-38, 2009.
BREITBACH, M.; BATHEN, D. Influence of ultrasound on adsorption processes. Ultrasonics Sonochemistry, p.277-283, 2001.
BRUNAUER, S.; EMMETT, P. H.; & TELLER, E. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society, p. 309-336, 1938.
DOTTO, G. L., ROSA, G. S., MORAES, M. A., WESKA, R. F., & PINTO, L. A. A. Treatment of chitin effluents by coagulation–flocculation with chitin and aluminum sulfate. Journal of Environmental Chemical Engineering, Brasil, p.50-55, 2013.
SABNIS, D.,& BLOCK, L. H. Improved infrared spectroscopic method for the analysis of degree of N-deacetylation of chitosan. Polymer Bulletin, p. 67-71, 1997.
SCHLEUTER, Dorothea; GÜNTER, Alix; PAASCH, Silvia; EHRLICH, Herman; KLJAJI´C, Zoran; HANKE, Thomas; BERNHARD, Gert; BRUNNER, Eike. Chitin-based renewable materials from marine sponges for uranium adsorption. Carbohydrate Polymers. Alemanha, p.712-718, 2013.
TANG, Hu; ZHOU, Weijie; ZHANG, Lina. Adsorption isotherms and kinetics studies of malachite green on chitin hydrogels. Journal of Hazardous Materials. China, p.218-225, 2012.