Hidrogel Obtido de Sementes da Magonia pubescens A. St. Hill: Caracterização e Aplicação como Material Absorvente de Cobre (II) em Águas

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Sousa, F.J.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ) ; Julião, M.S.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ) ; Araújo, D.E.F. (UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ) ; Andrade, L.B.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ) ; Silva, L.R.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ)

Resumo

Hidrogeis são materiais formados por macromoléculas com ligações reticuladas que possuem elevada influência da água e apresentam um alto potencial para a absorção de cátions metálicos. O alvo deste estudo foi caracterizar o hidrogel formado das sementes de Magonia pubescens A. St. Hill (tingui) e aplicá-lo na absorção de íons Cu(II) em amostras de águas. Foram realizados estudos do grau de intumescimento vs. tempo, estabilidade térmica e absorção de Cu(II) em amostras de águas. Sementes de M. pubescens dos frutos com elevada maturação formam maior quantidade de hidrogel. É termicamente resistente até 70°C e sem ser purificado foi capaz de absorver 2,60 mg.g-1 de Cu(II) em amostras de águas. O hidrogel de tingui funciona como uma esponja natural que absorve grande quantidade de água.

Palavras chaves

Hidrogel natural; Metais; Tingui

Introdução

O impacto provocado pela contaminação de metais representa um grave problema ambiental e, portanto, é objeto de aumentar a atividade de pesquisa. Existem vários métodos para remediar as águas residuais contaminadas por íons metálicos, tais como flutuação, precipitação, troca iônica e biossorção por microrganismos. Considerando que a maioria desses métodos apresenta custos elevados, o processo de adsorção surge como uma alternativa interessante para o tratamento de águas residuais contaminadas por íons metálicos. Uma classe interessante de materiais que podem ser usados para esta proposta são os hidrogeis. Esses materiais formados por macromoléculas com ligações reticuladas possuem alta influência da água e demonstraram um alto potencial para a absorção de espécies metálicas devido à presença de um grande número de grupos funcionais capazes de coordenar íons metálicos (CARVALHO et al., 2010). Na ampla variedade da flora brasileira, há uma árvore típica do cerrado, a Magonia pubescens A. St. Hill, que possui sementes com cascas que são formadas por uma estrutura de polissacarídeos capaz de adsorver quantidades elevadas de água. A M. pubescens popularmente chamada de tingui, pertence à família Sapindaceae. O tingui possui propriedades comparáveis à hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e polivinilpirrolidona (PVP), dois polímeros amplamente utilizados no revestimento de sementes. O hidrogel obtido a partir das sementes da M. pubescens consiste principalmente em hidratos de carbono (GORIN et al., 1996). O objetivo deste trabalho foi caracterizar o hidrogel formado a partir das sementes de M. pubescens e avaliar a capacidade de absorção para íons cobre (II) em amostras de águas contaminadas.

Material e métodos

Todas as soluções de NaCl, CuSO₄.5H₂O e NH₄OH foram preparadas com água deionizada. Os frutos da Magonia pubescens A. St. Hill (tingui) foram coletados na zona rural do município de Graça, CE (Figura 1). Uma exsicata dessa espécie foi depositada no Herbário da UVA/CE e identificada por meio de material já catalogado. Para a obtenção do hidrogel, à temperatura ambiente de 25^oC, foram utilizadas sementes dos frutos secos. Foram realizados os seguintes estudos: a) variação do intumescimento do hidrogel, o grau de intumescimento médio das sementes de tingui foi calculado a partir da razão entre as massas das sementes filtrada e intumescida; b) estabilidade térmica do hidrogel formado a intervalos de 20^oC por 60 min e c) determinação espectrofotométrica, 608 nm, de íons Cu(II) não absorvidos: curva analítica das absorbâncias medidas para o complexo de hexaamin cobre (II), formado a partir de adições crescentes do padrão de Cu(II) à solução de NH₄OH 10% (v/v) nas amostras de água. A quantidade de cobre (II) absorvida (Ca) foi determinada pela diferença entre a quantidade do Cu(II) na solução inicial e a quantidade do Cu(II) na solução após a extração com o absorvente. A absorção (%) de Cu(II) em meio aquoso não competitivo foi determinado pela Eq.1: Quantidade absorvida(%) = (Ca/Ci) x 100. Onde: Ci = concentração inicial de cobre (antes da absorção); Cf = concentração final de cobre (após a absorção) e Ca = quantidade absorvida. A capacidade de absorção de Cu(II) em meio aquoso não competitivo é calculada pela Eq.2: Capacidade de absorção (mCu_absorvido (mg)/m_absorvente(g). Onde: mCu_absorvido = massa de cobre absorvido e m_absorvente= massa de absorvente = 1,000g.

Resultado e discussão

Estudo da variação do intumescimento: os dados obtidos indicam que após um período de 24h a massa da semente aumenta cerca de 12 vezes do valor inicial e à medida que o tempo de contato das sementes com a água é aumentado, o grau de intumescimento aumenta 1,6 vezes a cada 24 horas. Foi observado que a água destilada utilizada para intumescer as sementes teve uma pequena diminuição no valor do pH, pois a 26^oC, antes da filtração o pH medido foi = 6,28 e após a filtração passou para 5,75, o que demonstra as características ácidas dos hidrogeis formados das sementes de tingui como também observado no estudo realizado por Gorin et al. (1996). Os experimentos de intumescimento demonstraram a capacidade do revestimento de sementes para adsorver grandes quantidades de água. Esse comportamento é semelhante ao observado para hidrogeis como derivados de fosfazeno e quitosana (GROSSE-SOMMER E PRUD'HOMME 1996, LIN et al., 2007). Estudo da estabilidade térmica do hidrogel das sementes de tingui: o hidrogel apresenta boa estabilidade térmica, pois a perda de massa a 110^oC é de cerca de 85,0%, isto mostra a capacidade de adsorção de água pelos retículos estruturais formadores da parede da semente do tingui, e também da perspectiva da utilização deste material em elevadas temperaturas: 50 a 70^oC. Estudo de absorção de íons Cu(II): pode se observar que o hidrogel formado da semente da M. pubescens atingiu um valor limite de quantidade absorvida em cerca de 2,60 mg.g^-1, que pode estar relacionado à baixa concentração de carboidratos nesse hidrogel. Ressalte-se que o hidrogel obtido neste trabalho apresentou menor capacidade de absorção em relação aos hidrogeis de Silva (2013) por não ter sido purificado.

Curva analítica para os íons Cu (II) não- absorvidos pelo hidrogel de sementes de tingui


Frutos secos da Magonia pubescens A. St. Hill (tingui)

Conclusões

As sementes de M. pubescens quando secas intumescem e formam maior quantidade de hidrogel. Apesar de não ter sido purificado, o hidrogel obtido foi capaz de absorver 2,60 mg.g^-1 de íons Cu(II) em amostras de águas contaminadas. Enquanto a maioria dos hidrogeis é sintetizada em laboratórios de indústrias a custos elevados e geração de resíduos no processo de produção; o hidrogel estudado neste trabalho, além de ser um composto orgânico, é obtido a partir de um recurso natural, a M. pubescens A. St. Hill, encontrada em diversos estados brasileiros como Ceará, Minas Gerais e Goiás.

Agradecimentos

Ao CNPq à FINEP e e à FUNCAP pelos apoios financeiros.

Referências

CARVALHO, H. W. P. et al. Removal of metal ions from aqueous solution by chelating polymeric hydrogel. Environmental Chemistry Letters, v. 8, n. 4, p. 343-348, 2010. GORIN, P. A. et al. Characterization of carbohydrate components of an unusual hydrogel formed by seed coats of Magonia pubescens (Tingui). Carbohydrate Research, v. 282 n. 2, p. 325-333, 1996. GROSSE-SOMMER, A; PRUD’HOMME, R. K; Degradable phosphazene-crosslinked hydrogels, Journal of Controlled Release, v. 40, p. 261-267, 1996. LIN, Y; CHEN, Q; LUO, H; Preparation and characterization of N(2-carboxylbenzyl) chitosan as a potential pH-sensitive hydrogel for drug delivery). Carbohydrate Research, v. 342, p. 87-95, 2007. SILVA, L. B. Emprego de adsorventes oriundos da casca de arroz na remoção de Cobre em efluentes aquosos, Salvador. 2013. 110f. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia.