Remoção de Cu(II) em solução aquosa usando membranas de quitosana homogeneamente reticuladas

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Adolfo Oliveira das Chagas, J. (UFRN) ; Moura Furtado, L. (UFRN) ; Souza Marques, J. (UFRN) ; Rodrigues Pereira, M. (UFRN) ; Luis Cardozo Fonseca, J. (UFRN)

Resumo

Neste trabalho, apresenta-se os efeitos da reticulação homogênea nas membranas de quitosana quanto a capacidade de adsorção de cobre (II). Estas membranas de quitosana foram reticuladas utilizando-se o ácido sulfúrico como agente reticulante em duas razões molares (SO42-/NH3+) de 1:4 e 1:6. Os ensaios de sorção foram realizados em solução de cloreto de cobre II na concentração de 0,3 g/L. Medido-se a concentração da solução por condutividade e Uv-Visível, foi observado que com o aumento do grau de reticulação diminui a capacidade de adsorção de cobre pelas membranas. Porém, os resultados também apresentaram que mesmo reticuladas as membranas de quitosana foram efetivas na adsorção do metal e apresentaram resistência química ao meio ácido.

Palavras chaves

Quitosana; Reticulação; Adsorção

Introdução

Ao longo dos últimos anos tem crescido a preocupação com os riscos ambientais causados pelas atividades industriais, como a geração de efluentes líquidos durante o processo (BHATNAGAR,2009). O uso de membranas de quitosana para o tratamento de águas residuais tem sido bastante estudado. Isto se deve as excelentes propriedades da quitosana de coagulação, floculação e quelação com metais, relacionadas com sua alta densidade de grupos amino em sua cadeia. Levando em conta o baixo custo do material de origem, sua disponibilidade local e a biodegradabilidade, esta possibilidade de uso se torna mais relevante visto que pode contribuir consideravelmente para o uso de processos industriais mais sustentáveis. A quitosana é um heteropolissacarídeo preparado a partir da reação de N-desacetilação da quitina, biopolímero extraído principalmente de carapaças e exoesqueletos de crustáceos (GUIBAL, 2004). Por ser solúvel em meio ácido a quitosana apresenta limitações no seu uso. Em contrapartida a presença de sítios reativos em sua cadeia permite modificações químicas diminuindo sua capacidade de solubilização em meio ácido (WU; et al, 2010). Além disso, as modificações químicas podem conferir ou melhorar outras propriedades, o que a insere em um conjunto de biomoléculas de grande aplicação (ALVES, 2008). Portanto, este estudo visa produzir membranas reticuladas de quitosana com estabilidade química, para que possam ser aplicadas na adsorção de cobre.

Material e métodos

1. Preparo da solução de quitosana A quitosana foi dissolvida em solução de ácido acético a 2% (v/v) por 24h sob agitação mecânica, de forma a obter uma solução de 2% m/v. A solução resultante foi filtrada utilizando filtro de náilon e, posteriormente filtro Millipore® Millex com diâmetro de poro de 0,40 µm. 2. Reticulação Iônica Solução 0,5M de ácido sulfúrico foi adicionada a 25 mL de solução de quitosana nas razões molares de 1:6 e 1:4, permanecendo sob agitação por 1h. Posteriormente, as soluções foram colocadas em placas de Petri e deixadas para secar a temperatura ambiente por 2 dias. Depois de secas as membranas foram neutralizadas utilizando solução de NaOH 5% por 2h, lavadas em água destilada e secas em extensor por 24 h. Essas membranas foram designadas de CS16 e CS14. 3. Teste de solubilidade Imersão das membranas CS, CS16 e CS14 em ácido acético 2% por 24 h. 4.Índice de intumescimento A membrana seca foi imersa em água destilada à temperatura ambiente. A diferentes intervalos de tempo de 5 minutos a 48 horas, a amostra foi removida da água, teve seu excesso de água na superfície removido com a ajuda de papel absorvente e pesada. 5. Ensaios de adsorção em solução de cloreto de cobre II 0,3 g/L. As membranas CS,CS16 E CS14 foram inicialmente intumescida em água bidestilada durante 2h. Em seguida foram imersas em 64 mL de solução de cloreto de cobre II sob agitação, em banho termostatizado a temperatura constante de 25 ºC. Foram realizadas medidas no condutímetro da AZ instrument corp. modelo 8361 e espectrômetro de Uv-visível Genesys modelo no tempo de 30 minutos, durante 6 horas variando 1 hora e mediu-se também nos tempos de 24 e 48 horas.

Resultado e discussão

No teste de solubilidade, após 24 horas as membranas reticuladas sofreram inchamento, mas se mantiveram íntegras, confirmando o processo de reticulação. Embora a razão molar entre grupos SO42-/NH3+ tenha sido propositalmente pequena. Através da figura 1 pode-se observar o comportamento das membranas em meio aquoso e meio ácido. Em meio aquoso, a capacidade de sorção das membranas reticuladas é reduzida devido às interações formadas entre os grupos da quitosana e os grupamentos do ácido que irão reduzir as ligações de hidrogênio (ALVES,2008) . Em meio ácido, os grupos livres de –NH2 iniciam o processo de protonação refletindo no aumento do índice de intumescimento. Nas figuras 2 e 3 são apresentadas as concentrações de Cu(II) em solução no ensaio de adsorção, determinadas por Uv-visível e condutividade. Neste experimento a técnica do Uv- visível é limitada pela concentração da solução de cobre (0,3g/L), pois gera absorções pequenas levando a imprecisão nos cálculos das áreas. Portanto, escolheu-se calcular a capacidade de adsorção através das medidas de condutividade, pois permite trabalhar em concentrações menores do que 300 ppm. Observando a figura 4, verifica-se que a membrana não reticulada foi a que apresentou maior capacidade de adsorção o que pode ser explicado pela presença de uma grande quantidade de grupos –NH2 livres, disponíveis para a complexação do metal. Ainda na figura 4, os resultados obtidos para as membranas de quitosana reticuladas, observa-se que ocorre um decréscimo da capacidade de adsorção do metal devido o efeito da reticulação. Contudo, a capacidade de adsorção para as membranas reticuladas não foi ineficiente no processo de adsorção do Cu2+ em relação as membranas puras.

A figura apresenta os gráficos referentes aos ensaios de sorção e aos de adsorção em Cu(II)que foram mencionados no texto.

Conclusões

Os resultados do teste de solubilidade permite-nos concluir que o processo de entrecruzamento ocorreu efetivamente. No ensaio de sorção em meio ácido as membranas reticuladas atingem valores similares de sorção das não reticuladas. Esta propriedade reflete na capacidade de adsorver o cobre. Embora as membranas de quitosana sejam reticuladas, elas possuem eficiência na adsorção do metal. Assim, as membranas reticuladas homogeneamente possui uma boa capacidade de adsorção, além de possuir estabilidade química em meio ácido.

Agradecimentos

Ao PFRH PB 222 pela bolsa de iniciação científica e ao Laboratório de Membranas e Coloides- UFRN.

Referências

ALVES, N.M.; MANO, J.F., Chitosan derivatives obtained by chemical modifications for biomedical and environmental applications. International Journal of Biological Macromolecules, 2008. 43(5): p. 401-414.
BHATNAGAR, A. and M. SILLANPÄÄ, Applications of chitin- and chitosan-derivatives for the detoxification of water and wastewater - A short review. Adv Colloid Interfac, 2009. 152(1-2): p. 26-38.
CRINI, G., Recent developments in polysaccharide-based materials used as adsorbents in wastewater treatment. Prog Polym Sci, 2005. 30(1): p. 38-70.
GUIBAL, E., Interactions of metal ions with chitosan-based sorbents: a review. Sep Purif Technol, 2004. 38(1): p. 43-74.
NETO, C.G.T., et al., Thermal Analysis of Chitosan Based Networks. Carbohydrate Polymers, 2005. 62(2): p. 97-103.
WU, F.-C., R.-L. TSENG, and R.-S. JUANG, A review and experimental verification of using chitosan and its derivatives as adsorbents for selected heavy metals. J Environ Manage, 2010. 91(4): p. 798-806.