Avaliação do potencial de derivados funcionais sulfatados de quitosana para a adsorção de Cd(II)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Lima, M.F. (UECE) ; Almeida, J.L.I.O. (UECE) ; Lima, S.A.C.B. (UECE) ; Abreu, F.O.M.S. (UECE) ; Silva, N.A. (UFC) ; Magalhães, C.E.C. (UECE)

Resumo

A quitosana, um polissacarídeo biocompatível, atóxico e abundante na região do Nordeste Brasileiro, tem se mostrado um material de grande interesse pela comunidade científica para fins ambientais. Devido a presença de grupos amino e hidroxila, este polissacarídeo pode ser submetido a reações de modificação estrutural, a fim de potencializar seu escopo de aplicações. Neste estudo, realizou-se reações de sulfatação em quitosana e sulfatação em carboximetilquitosana de modo a diminuir sua solubilidade em meio ácido, aumentando assim a sua capacidade de adsorção. Os dois tipos de quitosana sulfatada apresentaram alta capacidade de adsorção de Cd(II) em diferentes pH’s, com valores entre 70% a 80% do íon metálico adsorvido, o que demonstra potencial para uso como bioadsorventes.

Palavras chaves

bioadsorventes; sulfatados; cádmio

Introdução

A fim de evitar quaisquer danos à saúde humana, a concentração de metais tóxicos encontrados na natureza, principalmente em lagos, rios ou em águas de abastecimento, deve ser pequena. Entretanto, com o aumento das atividade industriais, ocasiona-se a contaminação dos efluentes, acarretando na elevação da concentração de metais tóxicos presentes na natureza (GUPTA, SINGH, RAHMAN, 2004). Para a remoção de tais metais, têm sido proposto bioadsorventes a base de polímeros naturais. A quitosana (QT) é um polissacarídeo catiônico derivado do exoesqueleto de crustáceos. É utilizada em diversas áreas, que vão desde a indústria alimentícia, farmacêutica, agroindústrias e na área ambiental. A QT possui grupamentos amino e hidroxila que possibilitam a modificação química de sua estrutura em meio reacional, o que pode ampliar as aplicações deste material em diversos setores. Por sua vez, a modificação pela inserção de grupos sulfato favorece sua insolubilidade em todos os pH’s, melhorando assim a capacidade de adsorção (VIEIRA, 2012). Há diferentes rotas sintéticas para a modificação da QT, que pode incluir um ou mais processos. Uma destas rotas é através da sulfatação direta que apresenta como vantagem o custo-benefício. Outra rota de modificação é através da combinação da carboximetilação e sulfatação, que inclui um número maior de processos. Portanto, este estudo tem como objetivo modificar quimicamente a estrutura da QT através da inserção de grupos sulfato por meio de duas rotas sintéticas, que inclui a sulfatação direta utilizando a QT como material de partida e a sulfatação da QT carboximetilada. Avaliou-se, em diferentes pHs, o potencial de adsorção dos dois tipos de QT sulfatada. Para isso, conduziu-se o estudo utilizando Cd(II) com íon metálico a ser adsorvido.

Material e métodos

Para a Reação de Carboximetilação, a carboximetilquitosana foi preparada conforme metodologia de ABREU, 2008. Para isto, adicionou-se em um béquer 5 g de QT e 100mL de álcool isopropílico, deixou-se agitando por 5 min. Em seguida, adicionou-se de forma controlada e gradual 25 mL de NaOH 5M durante 30 min, deixou-se em agitação por 30 min. Foi adicionado solução de ácido monocloroacético 30% m/v em álcool isopropílico e deixou-se a mistura agitando por 4h a 50 ºC. Centrifugou-se, e o precipitado foi lavado com metanol e seco a 60° C em estufa. Para a Reação de Sulfatação, adicionou-se em uma solução de NaHSO₃ 5% m/v, 10 mL de uma solução de NaNO2 3,1% m/v. A mistura, que atuará como agente sulfatante, foi agitada por 90 min a 60°C. Corrigiu-se o pH da solução para 9,0 através de NaOH ou HCl (CUI et al, 2007). Em seguida, adicionou-se ao agente sulfatante, 0,5 g de QT pura ou a carboximetilquitosana, deixou-se em agitação magnética por 4h a 40°C. Por fim, centrifugou-se e descartou-se o sobrenadante e o precipitado foi lavado com água destilada e seco a 60°C em estufa (TAO et al, 2013). Desta forma, foram sintetizados dois tipos de materiais bioadsorventes, a QT sulfatada (QTS) e a carboximetilquitosana sulfatada (QTCS). Estes derivados funcionais foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho (Nicolet IS5-Thermo Scientific) para avaliação de grupamentos funcionais, bem como para a indicação da reação de síntese. O potencial de adsorção foi avaliado adicionando-se separadamente 100 mg de QTS e QTCS em solução de Cd(II) 200 mg L-1 com pH’s 5,0; 7,0 e 9,0. Os sistemas foram mantidos em agitação magnética. Por fim, retirou-se alíquota no tempo de equilíbrio e a quantificação de Cd(II) foi realizada por espectrometria de absorção atômica com chama(AA-7000 Shimadzu).

Resultado e discussão

Neste estudo, modificou-se inicialmente a estrutura química de origem da QT a fim de ampliar suas propriedades físico-químicas. Tal modificação foi indicada por meio de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier - FTIR (Figura 1). A sulfatação nas duas partículas (QTS e QTCS) foi comprovada pela presença de uma banda de absorção em 617 cm-1, referente ao estiramento C-O-S. Já a banda referente ao estiramento S=O pode estar sobreposta as bandas específicas da QT. Para a QTCS, a banda referente ao estiramento C-O-S em 615 cm-1 e do estiramento S=O em 1256 cm-1, são indicativos do processo de sulfatação (VONGCHAN, 2002). A entrada dos grupamentos sulfatos na estrutura química da QT fazem com que a superfície do material possua uma alta densidade de carga negativa, favorecendo assim a adsorção de metais que possuem carga positiva (MORAES, 2016). Através da Figura 2, pode-se perceber que tanto a QTS quanto a QTCS obtiveram um potencial de adsorção percentual um pouco mais elevado em meio básico, sendo aproximadamente 80% de Cd(II) removido das soluções amostra. Isto se deve ao fato que em meio ácido ocorre o processo de protonação dos grupamentos sulfato e dos grupamentos amino, fazendo com que o bioadsorvente apresente capacidade de adsorção inferior comparado ao meio básico. Portanto, em pH 9 não ocorreu tal protonação e os grupamentos aniônicos ficaram livres para interagir com os íons metálicos em solução, o que elevou o percentual de adsorção. Nota-se também que em meio ácido ou básico os derivados funcionais da QT adsorveram íons Cd(II) com uma pequena diferença a mais em relação ao meio neutro.

respectivamente espectro da quitosana sulfatada e da carboximetilquitosana sulfatada


gráfico capacidade de adsorção versus o pH

Conclusões

Buscou modificar a estrutura da QT com a finalidade de ampliar suas propriedades. A síntese dos dois derivados funcionais, QTS e QTCS, ocorreram com êxito. Tais derivados possuíram potencial de adsorção bem semelhantes em todos os pH’s estudados, mostrando que a sulfatação facilita o uso da QT como bioadsorvente, por fazer com que a superfície desta possua uma alta densidade de cargas negativas. Portanto, materiais biodegradáveis e atóxicos como os sintetizados neste estudos, podem ser utilizados como potenciais adsorventes para o tratamento de águas residuais e efluentes industriais.

Agradecimentos

A UECE, aos laboratórios LAQAM, SISNABIO e LQPN.

Referências

ABREU, F. O. M. S. Síntese e caracterização de hidrogéis biodegradáveis a base de Quitosana com morfologia controlada com potencial aplicação como carreadores de fármacos. 2008. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto alegre, 2008.
CUI D., LIU M., LIANG R., BI Y.; Synthesis and optimization of the reaction condition of starch sulfates in aqueous solution; starch/starke 59, 91-98, 2013.
GUPTA, V.K.; SINGH, P.; RAHMAN, N. Adsorption behavior of Hg (II), Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution on Duolite C-433: a synthetic resin. J. Colloid Interface Sci. v. 275, p. 398-402, 2004.
MORAES, A.F.; Quitosana sulfatada: caracterização e estudo da hemocompatibilidade; UFC, Fortaleza, 2016.
TAO S., GAO S., ZHOU Y., CAO M., XIE W., ZHENG H., FAN L.; Preparation of carboxymethyl chitosan sulfate for improved cell proliferation of skin fibroblasts; International journal of biological macromolecules 54 160-165, 2013.
VIEIRA, A.P.; Quitosana modificada quimicamente como agente na remoção de metais e corantes e liberação controlada de fármacos. Campinas, 2012.
VONGCHAN, P.; SAJAMSANG, W.; SUBYEN, D.; KONGTAWELERT, P. Anticoagulant activity of a sulfated chitosan. Carbohydrate polymers, v. 337, p. 1239-1242, 2002.