Desenvolvimento e Caracterização de Compósitos de Quitosana/Pó de Café Pós-Consumo: Potenciais adsorventes de fármacos presentes em águas residuais

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Ferreira de Souza, J. (UFPEL) ; Longen, M. (UFPEL) ; Ferreira Lessa, E. (UFPEL) ; Fajardo, A.R. (UFPEL)

Resumo

Foram desenvolvidos filmes compósitos de Quitosana/Pó de café pós-consumo através de um método simples. As amostras foram rotuladas como QT/PCPC0, QT/PCPC5 e QT/PCPC10. O espectro FTIR de QT/PCPC0 (Fig. 1a) mostrou as bandas típicas da QT e do PVA embora observadas algumas discrepâncias em relação aos espectros obtidos para os polímeros puros. A estrutura dos compósitos QT/PCPC foi investigada pela análise DRX (Fig. 1b), onde o padrão DRX de QT/PCPC0 exibiu dois picos de difração em 2θ ≈ 19,5º e 40,7º sugerindo que essas amostras são semicristalinas. Também se observou que a intensidade desses picos aumenta à medida que aumenta o conteúdo de PCPC nos compósitos.

Palavras chaves

Pó de Café; Compósitos; Quitosana

Introdução

As substâncias potencialmente tóxicas lançadas nas fontes hídricas restringem o uso da água pela população. Entre os principais poluentes químicos encontrados estão os metais potencialmente tóxicos e os resíduos orgânicos (KARAMESOUTI, 2016). Estes compostos são introduzidos no ambiente como resultado de uso médico e veterinário. Muitas vezes parte do agente ativo não é metabolizado pelo organismo e acaba sendo excretado. A remoção destes poluentes dos sistemas de água é, portanto, de grande importância para o meio ambiente (IMRAN, 2012). Dentre os métodos para a remoção de compostos farmacêuticos da água encontram-se os sistemas convencionais (plantas de tratamento), processos avançados de oxidação e processos de adsorção (TOKIMOTO, 2005). A adsorção é um fenômeno de transferência de massa, uma técnica muito efetiva no tratamento de águas residuais. Embora, o uso de carbono ativado e/ou de zeólitas para remover compostos farmacêuticos seja muito empregado ainda são métodos relativamente caros (NOWICKI, 2014). Assim, há uma demanda crescente para o desenvolvimento de adsorventes de baixo custo e de fácil disponibilidade para atuarem na remoção deste tipo de composto orgânico do meio aquoso. O pó de café pós-consumo (PCPC) é um resíduo produzido em grande quantidade que apresenta uma alta relação dos elementos C e N e, ainda, contém vários grupos funcionais em sua estrutura, os quais podem atuar como sítios ligação para contaminantes farmacêuticos. Dessa forma, PCPC pode ser utilizado como um adsorvente potencialmente eficaz (LAKSACI, 2017). Assim, neste trabalho relatamos um procedimento simples para a o preparo de materiais compósitos a partir de misturas de quitosana (QT) e PCPC para serem utilizados como adsorventes de contaminantes farmacêuticos em meio aquoso.

Material e métodos

Materiais:Quitosana (QT, 85% desacetilada, Mv 87.000 g/mol) foi adquirida da Golden-Shell Biochemical (China). Poli (álcool vinílico) (PVA, 98% hidrolisado, Mw 124.000 g/mol) e glutaraldeído (solução 25% m/v em água) da Sigma-Aldrich (EUA). Pó de café utilizado foi obtido a partir de uma marca de café local (Brasil) composta por 100% de grãos do tipo Arábica. O ácido acético (99%) foi adquirido da Vetec (Brasil). Pó de café pós-consumo (PCPC):Os resíduos de café (PCPC) foram coletados após uso e secos a 100 °C. O PCPC seco foi lavado com porções (~50 mL) de hexano, etanol e água destilada para remover os resíduos orgânicos. Novamente, o PCPC foi seco no forno (100 °C) e peneirado (80 mesh) para posterior utilização. Síntese de compósitos QT/PCPC:QT (750 mg) foi completamente solubilizada em solução de ácido acético (25 mL, 1,5% v/v) e depois misturado com solução de PVA (750 mg em 30 mL de água destilada). A solução resultante foi homogeneizada. Em seguida, adicionou-se 0, 5 ou 10% em peso de PCPC (em relação à massa seca dos polímeros QT/PVA), o sistema foi submetido à sonicação (15 min). Finalmente, adicionou-se o agente reticulante glutaraldeído (52 μL), a solução foi vertida em placas de Petri ( 85 x 10 mm). Após a evaporação do solvente (estufa a vácuo, 40 °C por24 h). Os filmes compósitos de QT/PCPC foram então removidos das placas de Petri e purificados em água destilada. Os compósitos purificados foram secados na estufa (40 °C) e armazenados em um dessecador. As amostras compostas foram rotuladas como QT/PCPC0, QT/PCPC5 e QT/PCPC10, respectivamente e caracterizadas por meio das técnicas de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios-X (DRX), Análises Termogravimétricas (TGA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).

Resultado e discussão

O espectro FTIR de QT/PCPC0 (Fig. 1a) mostrou as bandas típicas da QT e do PVA embora observadas algumas discrepâncias em relação aos espectros obtidos para os polímeros puros. A banda tipo-ombro em 1626 cm-1 observada para QT/PCPC0 relacionada ao estiramento vibracional das ligações C=N, dos grupos imina formados devido a reticulação da QT pelo glutaraldeído. A banda larga na região de 3700-3000cm-1 no espectro QT/PCPC0 característica das ligações O-H e N-H diminui de intensidade quando comparada com as bandas observadas para QT e o PVA. Já quando comparada com os espectros QT/PCPC5 e QT/PCPC10 esta banda sofre deslocamento para uma região de número de onda inferior, sugerindo que as ligações de hidrogênio entre os dois polímeros reduzem devido à presença de PCPC. Além disso, as bandas relacionadas às ligações C- H em 2800-3000cm-1 aumentaram de intensidade quando comparadas aos espectros QT/PCPC0 provavelmente devido aos grupos CH2 e CH3 oriundos dos componentes do PCPC (hemicelulose, cafeína, etc.). A estrutura dos compósitos QT/PCPC foi investigada pela análise DRX (Fig. 1b). O padrão de difração do PCPC exibiu um pico de difração largo centrado em 2θ ≈ 15,6º que pode ser associado aos materiais celulósicos presentes no PCPC. O padrão DRX de QT/PCPC0 exibiu dois picos de difração em 2θ ≈ 19,5º e 40,7º sugerindo que essas amostras são semicristalinas. Já os padrões DRX obtidos para os filmes compósitos QT/PCPC5 e QT/PCPC10 revelaram picos de difração típicos do PCPC (2θ ≈ 15,6º). É possível observar que a intensidade desses picos aumenta à medida que aumenta o conteúdo de PCPC nos compósitos. Além disso, a ausência de outros picos de difração no padrão DRX de QT/PCPC5 e QT/PCPC10 implica que quaisquer estruturas ordenadas resultam das interações dos polímeros- PCPC.

Espectros de FT-IR obtidos para QT, PVA, PCPC e filmes compósitos (a) e Padrões de DRX obtidos para PCPC e filmes compósitos (b).

Conclusões

A partir dos resultados obtidos até o presente momento pode-se confirmar a formação dos materiais compósitos. Além disso, é possível observar uma certa compatibilidade entre a matriz polimérica (QT/PVA) e o PCPC. Analises quanto ao comportamento térmico, morfológico e mecânico dos compósitos estão sendo avaliados no presente momento. Posteriormente esses compósitos serão testados como adsorvente de fármacos em águas residuais.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro (Chamada Universal - Processo 441888/2014-3).

Referências

IMRAN, A.; MOHD, A.; TABREZ A. K.; Low cost adsorbents for the removal of organic pollutants from wastewater. Journal of Environmental Management, v. 113, p. 170-183, 2012;

KARAMESOUTI, M.; ATHANASIOS, C. M.; KYZAS, G.Z.; A review for coffee adsorbents. Journal of Molecular Liquids, 2016;

LAKSACI, H.; KHELIFI, A.; TRARI, M.; ADDOUN, A.; Synthesis and characterization of microporous activated carbon from coffee grounds using potassium hydroxides, Journal of Cleaner Production, 2017;

NOWICKI, P.; SKIBISZEWSKA, P.; PIETRZAK, R.; Hydrogen sulphide removal on carbonaceous adsorbents prepared from coffee industry waste materials. Chemical Engineering Journal, v. 284, p. 208-215, 2014;

TOKIMOTO, T.; KAWASAKI, N.; NAKAMURA, T.; AKUTAGAWA, J.; TANADA, S.; Removal of lead ions in drinking water by coffee grounds as vegetable biomass. Journal of Colloid and Interface Science, v. 281, p. 56–61, 2005.