Síntese de derivados de quitosano para a remoção de metais pesados de soluções aquosas

Abstract

Com a evolução da civilização humana tem-se observado um aumento dos níveis de diversos poluentes tóxicos nas águas, como resultado das atividades industriais e comerciais realizadas pelo Homem. Numa tentativa de remediar esta situação, a comunidade científica tem desenvolvido, nas últimas décadas, inúmeras estratégias e metodologias com o objetivo de preservar os recursos hídricos da Terra. Uma das abordagens que tem sido estudada é a utilização de biopolímeros, como a quitina e seus derivados, nomeadamente o quitosano.Neste projeto foram desenvolvidos quatro derivados de quitosano (Qt-SA) através da sua modificação com salicilaldeído, com o intuito de os aplicar para a remoção de metais pesados de águas por processos de adsorção. Devido à utilização de diferentes solventes nos passos reacionais, os Qt-SAs apresentaram diferentes graus de modificação e de redução da ligação imina.Por técnicas como a espetroscopia de ressonância magnética nuclear protónica, espetroscopia de infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrónica de varrimento foi possível comprovar o sucesso na síntese dos diferentes derivados e proceder à sua caracterização.Nos ensaios preliminares de adsorção de cobre (II), apenas um dos polímeros sintetizados (Qt-SA-3) se apresentou promissor para a remoção deste ião metálico de soluções aquosas, tendo mostrado melhores resultados que o quitosano comercial, razão pela qual se escolheu o Qt-SA-3 para os estudos posteriores. Foi avaliada a adsorção de Cu(II) utilizando quatro sais de cobre (II) (acetato, sulfato, perclorato e nitrato) e efetuada uma comparação entre os resultados obtidos para o Qt-SA-3 e para o quitosano não modificado, sendo que Qt-SA-3 apenas se destacou como melhor adsorvente aquando da utilização de acetato de cobre (II), tendo mostrado sempre maiores eficiências de remoção de Cu(II) que o quitosano e, em particular, percentagens superiores a 99% após 24 h de contato adsorvente/adsorvato, partindo de uma solução aquosa de Cu(II) de 10 mg L-1. Foi também estudada a eficiência de remoção de outros metais pesados (níquel (II), cádmio (II) e chumbo (II)) partindo de uma solução com uma mistura dos quatro metais (incluindo o Cu(II)), tendo sido observada uma maior seletividade para os iões Cu(II) usando o quitosano e o Qt-SA-3. Dado os metais pesados não serem os únicos poluentes tóxicos encontrados nas águas, foram também realizados ensaios preliminares com corantes (alaranjado de metilo e azul de metileno), os quais mostraram que o polímero Qt-SA-3 sintetizado apresenta um enorme potencial de aplicação na sua remoção, em especial do alaranjado de metilo.

With the evolution of human civilization, there has been an increase in the levels of various toxic pollutants in water as a result of man's industrial and commercial activities. In an attempt to remedy this situation, the scientific community has developed numerous strategies and methodologies, in recent decades, with the aim of preserving the Earth's water resources. One of the approaches that has been studied is the use of biopolymers, such as chitin and its derivatives, namely chitosan.In this project, four chitosan derivatives (Qt-SA) were developed through modification with salicylaldehyde, with the aim of using them for the removal of heavy metals from water by adsorption processes. Due to the use of different solvents in the reaction steps, the Qt-SAs showed different degrees of modification and reduction of the imine bond.Using techniques such as proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy, it was possible to verify that the synthesis of the different derivatives was successful and also to characterize them.In the preliminary copper (II) adsorption tests, only one of the polymers synthesized (Qt-SA-3) proved to be promising for the removal of this metal ion from aqueous solutions, showing better results than commercial chitosan, which is why Qt-SA-3 was chosen for the subsequent studies. The adsorption of Cu(II) was evaluated using four copper (II) salts (acetate, sulphate, perchlorate and nitrate) and a comparison was made between the results obtained for Qt-SA-3 and unmodified chitosan. Qt-SA-3 only stood out as the best adsorbent when copper (II) acetate was used, having always shown higher Cu(II) removal efficiencies than chitosan and, in particular, percentages greater than 99% after 24 h of adsorbent/adsorbate contact and starting from an aqueous Cu(II) solution of 10 mg L‒1. The removal efficiency of other heavy metals (nickel (II), cadmium (II) and lead (II)) from a solution containing a mixture of the four metals (including Cu(II)) was also studied, and greater selectivity for Cu(II) ions was observed using chitosan and Qt-SA-3.Since heavy metals are not the only toxic pollutants found in water, preliminary tests with dyes (methyl orange and methylene blue) were also carried out, which showed that the synthesized Qt-SA-3 polymer has enormous potential for application in its removal, especially methyl orange.