Obtenção de Quitosana a Partir da Casca de Camarão para a Obtenção de Fase Sólida para Retenção de Cádmio

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Vaz, G.C.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF)) ; Moraes, A.J.S. (COLÉGIO PEDRO II) ; Semaan, F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF)) ; Pacheco, W.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF)) ; Fernandes, F.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF)) ; Batista, G.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF))

Resumo

A quitosana é biopolímero produzido a partir da desacetilação da quitina, substância de ocorrência natural em cascas de crustáceos. Este trabalho tem como objetivo a produção de quitosana utilizando casca de camarão como matéria prima para produção de fase sólida aplicada em remoção de cádmio de solução aquosa. Foram utilizado duas rotas de síntese que mostraram, a partir de ensaios de caracterização, que os produtos formados apresentaram similaridades entre si e com a quitosana comercial o que possibilitou a escolha de uma das rotas para o ensaio de sorção. Esse ensaio apresentou capacidade sortiva 57 % maior para a quitosana sintetizada em comparação com a quitosana comercial. Escolha rentável e sustentável.

Palavras chaves

Quitosana; Sorção; Tratamento de água

Introdução

Íons metálicos provenientes de atividades industrias são, muitas vezes, despejados de forma inadequada nos corpos hídricos (BAILEY et al, p. 2469, 1999). Em catástrofes ambientais os níveis toleráveis para metais tóxicos são frequentemente ultrapassados, como no caso da contaminação do Rio Doce, em Mariana-MG, onde certos níveis foram excedidos em até 140 vezes os limites toleráveis. O Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio) registrou elevados níveis de arsênio, cádmio e chumbo em peixes e crustáceos, demonstrando a urgência de um método para a retenção de metais na purificação de águas (FREITAS, SILVA, MENEZES, p. 25, 2016). Essa remoção tem sido um desafio para o mercado tecnológico limitado pelo alto custo operacional e difíceis condições de trabalho. A extração em fase sólida é uma técnica frequentemente utilizada aplicando sólidos sorventes com alta capacidade de retenção para remoção de íons metálicos de efluentes aquáticos. A quitosana é biopolímero que possui alta capacidade sortiva possibilitando a remoção de vários poluentes provenientes de atividades industriais (NISHAD, BRASKARAPILLAI, VELMURUGAN, p. 160, 2017 / SARANYA, p. 1436, 2017). É produzida a partir da desacetilação parcial da quitina, uma substância de ocorrência natural em cascas de crustáceos e paredes de células de fungos além do exoesqueleto de insetos (JANEGITZ, p. 879, 2007). Este trabalho tem como objetivo a produção de quitosana utilizando casca de camarão como matéria prima para produção de fase sólida aplicada em remoção de cádmio de solução aquosa.

Material e métodos

Materiais Para ajuste do sistema foram empregados pHmetro Sensoglass SP1800, agitador magnético, e mesa de agitação do tipo roller Mix. A quantificação foi realizada via potenciostato Metrohm 797 VA Computrace para obtenção das medidas voltamétricas. Métodos Síntese da quitosana Sobre massas definidas de cascas de camarão secas foi executada a etapa de desmineralização, adicionando ao sólido HCl 6 mol L-1, e permitindo a reação por 4 h. Em seguida, o produto foi filtrado a vácuo, lavado e filtrado novamente. Para desproteinização, solução de NaOH 0,6 mol l-1 foi adicionada e o sistema deixado a 70 °C por 3 h, repetindo a sequência de lavagem e filtração. A despigmentação seguiu por duas vias distintas, dividindo o sólido obtido em massas iguais; um foi tratado com clorofórmio por 4 h e o outro dividiu esse tempo entre clorofórmio e acetona, ambos seguiram separadamente por uma lavagem de 10 min com hipoclorito de sódio. A desacetilação foi realizada com NaOH 40 % a 80 °C sob agitação constante por 3 h, lavado, filtrado a vácuo e colocado para secar. Procedimentos de sorção Foram realizados em tubos falcon de 50 mL, adicionando massas (25, 50, 75 100 mg) do sólido e 50,0 mL de solução padrão (1,4 x 10-4 mol L-1 de Cd2+), pH 7,0 e temperatura ambiente, sob agitação constante por 2 h. Medidas voltamétricas A determinação de Cd2+ foi realizada por adição de padrão numa célula contendo 40,0 mL tampão acetato 0,1 mol L-1 com pH 6,0, adicionando 200 µL de Bi3+ 500 mg L-1 e 200 µL da solução obtida após sorção, seguida de 3 adições de 100 µL de padrão (1,4 x 10-4 mol L-1 de Cd2+). Caracterização Foi utilizado Infravermelho Varian 660 IR, TG Shimadzu DTG 60 e DSC Mettler Toledo 1 Star System.

Resultado e discussão

Caracterização Os espectros de infravermelho (figura 1) indicam bandas na região de 3360 e 3300 cm-1 correspondentes a O – H e N – H. Na região de 2900 cm-1 bandas de alifáticos, além de bandas na região de 1000 a 1300 cm-1 correspondente a C – O. Todas essas bandas foram observadas nos três sólidos, variando apenas a intensidade.(LIU, et al, p. 562, 2016/ DENIZ, KEPEKCI, p. 194, 2016). Os eventos endotérmicos (figura 2) se referem a desidratação do sistema, similares nas três amostras, embora a amostra em acetona apresenta um segundo evento que pode ser atribuído a um resíduo volátil de baixo peso molecular. Os eventos exotérmicos são atribuídos a pirólise da molécula e, para as quitosanas sintetizadas em laboratório, a decomposição e carbonização do resíduo (LIU, et al, p. 118, 2017). A comparação das curvas de DSC (figura 3) de quitosana e suas modificações mostram que os picos endo e exotérmicos ocorrem em concordância de posição mas em discordância de intensidade, sugerindo os mesmos eventos mas sutis diferenças mássicas. Estudo de sorção Com os estudos de caracterização observou-se que as duas rotas de síntese apresentam produtos similares, adotando um para o estudo de sorção. Observa-se uma diminuição da capacidade de sorção (figura 4) como o aumento da quantidade em massa de sorventes. Isso se deve à obstrução de sítios ativos de sorção de íons metálicos (NEBAGHE et al., p. 188, 2016), já que em pH 7,0 é possível haver grupos positivos e negativos na estrutura espacial da própria quitosana, que, estando vicinais, podem enovelar-se se tornando indisponíveis para retenção do metal. E ainda o “compartilhamento” do íons metálico por pontos funcionais vicinais.

Conclusões

A síntese da quitosana a partir de rejeitos da cascas de camarão se mostrou promissora, uma vez que significativa similaridade entre os produtos obtidos foi observada. A quitosana sintetizada demonstrou adequado caráter sorvente para cádmio, metal selecionado para representar os poluentes metálicos. Obteve-se, neste trabalho, uma capacidade de sorção de 57,7% maior para a quitosana sintetizada. Ademais, a síntese de quitosana por matéria prima que seria descartada mostrou-se mais rentável e sustentável.

Agradecimentos

Aos professores Felipe Semaan e Wagner Pacheco (UFF), pelas orientações. À CAPES e ao CNPq, pelo apoio financeiro.

Referências

BAILEY, S.E., OLIN, T.J., BRICKA, R.M., ADRIAN, D.D. A review of potentially low-cost sorbents for heavy metals. Water Research. V. 33, n. 11, p. 2469-2479, 1999.
DENIZ, F.; KEPEKCI, R. A. Dye Biosorption Onto Pistachio by-Product: A Green Engineering Approach. Journal of Molecular Liquids. V. 219, p. 194 – 200, 2016.
FREITAS, C. M.; SILVA, M. A.; MENEZES, F. C. O desastre na barragem de mineração da Samarco - Fratura Exposta dos Limites do Brasil na Redução de Risco de Desastres. Ciência e Cultura, v. 68, n. 3, p. 25 – 30, 2016.
JANEGITZ, B. C.; LOURENÇÃO, B. C.; LUPETTI, K. O.; FATiBELLO-FILHO, O. Desenvolvimento de um Método Empregando Quitosana para Remoção de Íons Metálicos de Águas Residuárias. Química Nova, v. 30, n. 4, p. 879-884, 2007.
LIU, B.; CHEN, W.; PENG, X.; CAO, Q.; WANG, Q.; WANG, D.; MENG, X.; YU, G. Biosorption of lead from aqueous solutions by ion-imprinted tetraethylenepentamine modified chitosan beads. International Journal of Biological Macromolecules. v. 86, p. 562-569, 2016.
LIU, C.; ZHANG, H.; XIAO, R.; WU, S. Value-Added Organonitrogen Chemicals Evolution From the Pyrolysis of Chitin and Chitosan. Carbohydrate Polymers, V. 156, p. 118-124, 2017.
NEBAGHE, K. C; EL BOUNDATI, Y.; ZIAT, K.; NAJI, A.; RGHIOUI, L.; SAIDI, M. Comparison of linear and non-linear method for determination of optimum equilibrium isotherm for adsorption of copper (II) onto treated Martil sand. Fluid Phase Equilibria, v. 430, p. 188–194, 2016.
NISHAD, P. A.; BRASKARAPILLAI, A.; VELMURUGAN, S. Enhancing the Antimony Sorption Properties of Nano Titania-Chitosan Beads Using Epichlorohydrin as the Crosslinker. Journal of Hazardous Materials, V. 334, p. 160-167, 2017.
p. 805-811, 2000.
SARANYA, M.; LATHA, S.; GOPAL REDDI, M. R.; GOMATHI, T.; SUDHA, P. N.; ANIL, S. Adsorption Studies of Lead (II) From Aqueous Solution Onto Nanochitosan/ Polyurethane/ Polypropylene Glycol Ternary Blends. International Journal of Biological Macromolecules, V. 104, p. 1436-1448, 2017.