Síntese E Caracterização De Materiais Compósitos A Base De Celulose E Óxido De Titânio (IV) Para O Tratamento De Efluentes Contaminados Por Sais De Crômio (VI

Resumo

O desenvolvimento de materiais compósito encontra-se em franco desenvolvimento. E tem levado a obtenção de materiais tecnológicos muito importantes, permitindo com isso a sua utilização nos mais diversos campos da ciência dos materiais. Setores da indústria como o de saneamento, o de cerâmicas, e o da petroquímica, tem se beneficiado muito com o desenvolvimento de materiais compósitos. Compósitos a base de polímeros naturais tem se mostrado muito importantes tanto pela abundância de matéria-prima como no caso da celulose, quanto pelas suas propriedades químicas e físico-químicas. E com o acúmulo de conhecimento científico neste respeito, tem levado ao surgimento de novas possibilidades tecnológicas. Processos que envolvem reações de adição, substituição e oxidação são muito favorecidas com a utilização da celulose como material de partida para a obtenção de compósitos. A interação de cloreto de tiânio com a superfície da celulose e as decorrentes modificações na sua morfologia, serão estudas por diversas técnicas (DRX, MEV, BET, FT-IR, AT, entre outras), visando a obtenção de materiais compósitos. Soluções aquosas de Cr(VI) de concentração variando entre 10 e 50 ppb serão analisadas usando colunas empacotadas com o compósitos obtidos, em linha com um sistema de injesão em fluxo (FI). Serão realizados também estudos variando o pH, a concentração e na presença de interferentes, tais como: Mn(II), Hg(II), Fe(III), VO3-3, MoO4-2, PO4-3 e SO4-2.

1. Introdução

1.1. Características estruturais da celulose A celulose é o principal componente da parede celular dos vegetais superiores e corresponde a cerca de 50% de toda a biomassa vegetal existente (BROWN JR., R. M., 1982). Trata-se de um polissacarídeo de cadeia linear formada pela união de monossacarídeos de %u03B1-D-glucose que se ligam através dos carbonos nas posições 1 e 4 do anel glicosídico. Sua molécula pertence a função química dos glicídeos (MATSUOKA, S. et al., 2014; BANSAL, P. et al., 2012; HOSOYA, T. et al., 2008; YALPANI, M. and MARCHESAULT, R. H., 1988; GOMÉZ, E. A., 1987; YOUNG, R. A. and ROWELL, R. M., 1986). As sucessivas reações entre as hidroxilas dos carbonos acima citados, são responsáveis pela origem da estrutura polimérica que pode chegar a possuir um GP (grau de polimerização) de 1000 a 15000 unidades de D-glucose. Como este monômero tem peso molecular de 162, o polímero terá um peso final variando entre 162.000 a 2.430.000. A macroestrutura da celulose é constituída por agrupamentos de fibras que se posicionam paralelamente, resultando em regiões cristalinas e amorfas (YOUNG, R. A. and ROWELL, R. M., 1986). As propriedades físicas da celulose são deerminadas pela possibilidade de rotação dos grupos

hidroxilas e oximetil com relação à forma estável dos anéis glicosídicos nas cadeias macromoleculares. Isto está associado com as ligações intramoleculares e intermoleculares (INAGAKI, H. and PHILLIPS, G. O., 1989; MICHEL, A. J., 1990; BAILEY, S. E. et al., 1999; BHATNAGARA, A. AND SILLANPAA, M., 2010; BABEL, S. and KURNIAWAN, T., 2003) que são formadas pelos grupos hidroxilas do anel glicosídico. Estas ligações são fundamentais no processo de formação da parede celular dos vegetais. Ivanova et al., (1989), investigaram o sistema de ligações de hidrogênio da região ordenada da celulose pela técnica de FT-IR e identificaram a existência de duas ligações de hidrogênio intramoleculares O2-H...O6I e O3I-H...O5; e uma intermolecular O6I-H...O3II. Os números arábicos indicam as posições dos oxigênios dentro do anel glicosídico, e os algarismos romanos, referem-se aos anéis glicosídicos. A cristalinidade é também uma característica muito importante da celulose, e está relacionada com as caracterísitcas moleculares. Existem três tipos de ligações responsáveis pela formação das estruturas finais da celulose. Detre elas estão as ligações covalentes, cujo valor médio das energias das ligações C-C, C-O, C-OH e C-H, é de 225 KJ/mol. Estas ligações desempenham um papel fundamental, pois são as responsáveis pela formação dos anéis glicosídicos (IVANOVA, N. V. et al., 1989; SUGIYAMA, J. et al., 1991; MUKHAMADEEVA, R. M. et al., 1990). Outro tipo de ligação são as ligações de hidrogênio, cujo valor médio das energias de ligação intramoleculares e intermoleculares são da ordem de 67,5 KJ/mol. E um terceiro tipo de ligação que participa da formação das fibras de celulose são as fracas forças de van der Waals, com estabilidade muito menor, cerca de 36 KJ/mol. Estas características atribuem à celulose realitividade, tanto do ponto de vista da sua composição química, quanto com relação a estrutura cristalina (HOOGENDAM, C.W. et al., 1998; IVANOVA, N. V. et al., 1989; SUGIYAMA, J. et al., 1991).

1.2. Reatividade da celulose As propriedades químicas da celulose são responsáveis pelas reações entre as hidroxilas e agentes de adição, substituição e oxidação, além da hidrólise de grupos acetais. Em decorrência do arranjo estrutural das microfibras da celulose, o acesso de reagentes ou de solventes ocorre de maneira distinta nas regiões cristalinas e amorfas, em virtude dos espaços entre as microfibras nas regiões amorfas serem maiores do que os espações nas regiões cristalinas. Esta característica torna a celulose insolúvel em água (DONI, A. M. et al., 2012; LI, W. et al., 2012; ARTHANAREESWARAN, G. et al., 2007; NAGAOKA S. et al., 2002; ZHILKIN, A. N. et al., 1990).

1.2.1. Reações de adição As reações de ocorrem através de agentes intumecedores que penetram nas fibras de celulose causando o afastamento entre as mesmas. Isto provoca a ruptura das ligações de hidrogênio intermoleculares, que são substituídas por outras entre o agente de adição e a celulose. A presença esses entumecedores torna o polímero mais reativo, fazendo com que sejam possíveis quantro tipos de modificações: alcalina, ácida, amoniacal ou aminada e salina. A existência desses tipos de celuloses só será possível se esta for mantida em excesso de agente entumecedor, caso contrário, ela volta a se regenerar.

1.2.2. Reações de substituição As reações de substituição dependem da acessibilidade que um determinado reagente terá com relação às hidroxilas das macromoléculas de celulose. Portanto, este processo está intimamente relacionado com o entumecimento. Os processos de substituição não são uniformes, pois as três hidroxilas da unidade monomérica, D-glucose (C2, C3 e C6), apresentam reatividades diferentes que resultam em dois possíveis processos, a esterificação e a eterificação.

1.2.3. Reações de degradação Entende-se por reações de degração aquelas que implicam na cisão das ligações

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