Avaliação do potencial de carboximetilquitosana como agente bioadsorvente de íons Cd(II)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Almeida, J.L.I.O. (UECE) ; Abreu, F.O.M.S. (UECE) ; Lima, M.F. (UECE) ; Lima, S.A.C.B. (UECE) ; Magalhães, C.E.C. (UECE) ; Paiva, C.P. (UECE) ; da Silva, D.C.C. (UECE)

Resumo

A utilização de biopolímeros para a adsorção de metais tóxicos é uma alternativa viável devido ao baixo custo e elevada eficiência. Modificações estruturais nesses biopolímeros podem ser feitas para aumentar seu potencial como material adsorvente. Entre as modificações realizadas destaca-se a carboximetilação. Este trabalho tem como objetivo a modificação de quitosana via carboximetilação para realizar um estudo de adsorção de íons Cd(II) em diferentes valores de pH. O potencial de adsorção foi feito a partir de estudos cinéticos que demonstrou um baixo tempo de equilíbrio e elevada porcentagem de remoção do metal além do fato de apresentar uma maior remoção a medida que o pH do meio foi elevado. Com isso conclui-se que a carboximetilquitosana é um ótimo material adsorvente de íons Cd(II).

Palavras chaves

Cádmio; Carboximetilação; Adsorção

Introdução

O processo de recuperação de íons de metais de efluentes industriais ou urbanos, especialmente os que são considerados tóxicos para os seres humanos, animais e plantas, é uma questão importante para a segurança e sustentabilidade dos recursos ambientais (LI et al., 2013). A adsorção é uma das alternativas promissoras para esse tratamento e diante dessa realidade existem grandes estudos nos últimos anos para encontrar adsorventes biodegradáveis como plantas, algas e outros biomateriais que podem recuperar íons metálicos (DHIR; SRIVASTAVA, 2011; ARECO et al., 2012; SHARMA; BHATTACHARYYA , 2005). A fim de melhorar a seletividade de adsorção de quitosana, modificações químicas têm sido aplicadas, e alguns grupos funcionais que têm afinidade diferente com vários íons metálicos são introduzidos na quitosana (YAN et al., 2011). A afinidade de derivados da quitosana para íons metálicos, tais como cobre, chumbo, cádmio, níquel, cobalto e cálcio foi relatada, o que permite a sua aplicação para o tratamento de efluentes industriais, sendo que a carboximetilquitosana apresenta algumas vantagens em relação a quitosana, apresentando afinidade para um maior número de íons (ABREU; CAMPANA FILHO, 2005). Portanto, devido as características favoráveis da modificação de quitosana para obtenção de materiais com maior eficiência de adsorção, o presente trabalho consiste na modificação de quitosana via carboximetilação e a realização de um estudo de adsorção de íons Cd(II) em diferentes valores de pH para a obtenção da melhor condição experimental.

Material e métodos

REAGENTES: Quitosana (Polymar), Ácido monocloroacético (Dinâmica), Álcool Isopropílico (Dinâmica), Álcool Metílico (Neon), Hidróxido de Sódio (Cromoline). Reação de Carboximetilação: A modificação da quitosana ocorreu em um erlenmeyer de 125mL onde foram adicionados 40mL de álcool isopropílico seguido de 2g de quitosana mantendo a suspensão sob agitação. Em seguida foram gotejados gradualmente 25mL de NaOH – 5M durante 30 min e a mistura continuou sob agitação. Após 30 min foi adicionado ácido monocloroacético na razão em massa 3:1 gradualmente por um período de 10 min e a mistura reacional foi aquecida até 50ºC por um período de 4 horas. Após esse período a amostra foi filtrada, lavada com metanol e seca em uma estufa a 60ºC. Caracterização: FTIR: os derivativos funcionais foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho para verificação do surgimento de novos grupos funcionais em função da reação de a modificação. Os espectros de infravermelho foram obtidos utilizando um espectrofotômetro modelo Nicolet iS5 da Thermo Scientific. As amostras foram preparadas na forma de pastilhas de KBr na proporção 1:20 (m/m) (amostra:KBr) e os espectros registrados no intervalo de 4000 a 400 cm-1, empregando-se 32 scans e resolução de 4cm-1. Teste de adsorção: Para a realização do teste de adsorção foram utilizados três agitadores magnéticos com 50mg da amostra de carboximetilquitosana em 50mL de solução de Cd(II) com concentração de 200mg/L em pH 5, 7 e 8,5 e alíquotas foram retiradas em tempos pré-determinados. Após isso as concentrações do metal foram determinadas por espectrometria de absorção atômica (AAS).

Resultado e discussão

Observa-se no espectro da quitosana uma banda intensa em 3426.14cm-1 devido ao estiramento –OH que se sobrepõe ao estiramento amino nessa região, uma banda em 1590.34cm-1 referente a flexão –NH (amida II), estiramento C=O (amida I) do grupo acetamida, proveniente da quitina, devido a incompleta desacetilação em 1656.05cm-1, estiramento dos grupos –CH alifáticos em 2880.08cm-1 e um estiramento –C-O-C- entre 1200cm-1 e 800cm-1( SOUSA; SILVA FILHO; AIROLDI, 2009; LOPES; SOUSA; AIROLDI, 2009).O FTIR da amostra carboximetilada demonstrou o aparecimento da banda em 1734cm-1 indicando a de dímeros carboximetílicos (O=COH...O=COH).Pode-se observar que o pico característico da amida I se deslocou de 1656cm-1 para 1623cm-1 devido a formação de interações do tipo ligação de hidrogênio entre o grupo amida e o carboximetílico (O=CNH2...O=COH) (SPINKS et al, 2006) constatando que a modificação ocorreu com sucesso.Quanto aos testes de adsorção observou-se que a porcentagem de remoção de íons Cd(II) foi mais eficiente com o aumento do pH utilizando a amostra de carboximetilquitosana. Isso pode ser explicado devido ao fato de que em pH ácido os grupos amino estão protonados, e a medida que ocorre o aumento do pH ocorre sua desprotonação além da formação de grupos carboxilatos com carga negativa levando a formação de complexos com os íons cádmio favorecendo o processo de adsorção (EVANS et al, 2012; RAMANERY et al, 2014; RAMANERY, MANSUR, MANSUR; 2013).LI et al (2016) realizaram testes de adsorção de íons Cd(II) com quitosana pura em diferentes faixas de pH, no intervalo estudado em seu trabalho o máximo de remoção foi cerca de 34% mantendo-se praticamente constante entre pH 5 e 8, apresentando assim uma taxa de remoção menor que do a carboximetilquitosana no presente trabalho.

Espectro no infravermelho das amostras de quitosana e carboximetilquitosana.


Porcentagem de adsorção de Cd(II) em função do pH.

Conclusões

Os resultados mostraram que a quitosana foi modificada com sucesso obtendo um ótimo grau de substituição utilizando uma baixa razão em massa entre os reagentes. A partir da comparação com dados obtidos na literatura o bioadsorvente apresentou uma maior taxa de remoção de íons Cd(II) do que a quitosana pura, mostrando que a modificação potencializa a capacidade de adsorção. O pH ideal para que ocorra a utilização do biopolímero como material adsorvente é 8,5 visto que foi onde ocorreu maior porcentagem de remoção do metal.

Agradecimentos

CNPQ, LAQAM, LQPN, UECE.

Referências

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