Síntese e eficiência da quitosana catiônica no tratamento físico-químico da água

Autores

DOI:

https://doi.org/10.5902/2236117085777

Palavras-chave:

Floculante orgânico, Modificação estrutural, Polissacarídeos catiônicos

Resumo

A água para consumo humano deve obedecer aos padrões legais de potabilidade, envolvendo tratamentos que muitas vezes utilizam agentes químicos com impactos no meio ambiente e na saúde humana. Uma alternativa é utilizar polímeros orgânicos, como a quitosana, mas em algumas situações sua estrutura deve ser modificada para melhorar sua aplicabilidade. Isto é conseguido adicionando reagentes como CHPTAC para torná-lo catiônico. Esta pesquisa teve como objetivo criar um polissacarídeo catiônico derivado da quitosana utilizando o reagente CHPTAC e aplicá-lo no tratamento de água, variando dosagens e pH. Os resultados mostraram que as quitosanas sintetizadas obtiveram boa eficiência na remoção de turbidez e cor, sendo algumas dosagens mais eficazes. Além disso, cada floculante teve melhor desempenho em uma faixa específica de pH, muitas vezes em pH ácido. A pesquisa destacou que tanto a quitosana catiônica quanto a não catiônica são eficazes no tratamento de água, proporcionando uma alternativa viável aos coagulantes inorgânicos comumente usados.

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Biografia do Autor

Vanessa Rossato de Bastiani, Universidade Federal de Santa Maria

Graduanda em Ciências Biológicas - Licenciatura Plena, pela Universidade Federal de Santa Maria, campus Palmeira das Missões. Durante a graduação esteve envolvida com a manutenção do Herbário PALM, juntamente com outros projetos vinculados ao herbário. Durante o Trabalho de Conclusão de Curso desenvolveu o levantamento de gêneros de fungos liquenizados de hábito folioso, no Parque Estadual do Papagaio Charão - Sarandi (RS). Foi colaboradora, de novembro de 2020 a março de 2021, em projetos vinculados detecção do SARS-COV-2. Atualmente é mestranda do Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - UFSM/FW, na linha de pesquisa de Monitoramento Ambiental, com foco no desenvolvimento de um novo coagulante a base de quitosana cationizada para o tratamento de água com turbidez elevada.

Arci Dirceu Wastowski, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM

É professor titular da Universidade Federal de Santa Maria. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Instrumentação Analítica, atuando principalmente nos seguintes temas: água, análise, avaliação, ambiental e química da madeira.

Luma Schervenski Tejada, Universidad Federal de Santa María

Mestra em Ciência e Tecnologia Ambiental pela UFSM Campus em Frederico Westphalen (2022), possui graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade Luterana do Brasil (2011) e Bacharelado em Agronomia pela Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (2021), Especialização em Elaboração de Projetos para Gestão de Recursos Hídricos (IFCE, 2016), Especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho (2020), além de formação e habilitação como técnica em química. Atua profissionalmente como engenheira ambiental, é responsável técnica pelo Consórcio Público de tratamento e destinação final de resíduos sólidos urbanos CITEGEM, é engenheira ambiental na Prefeitura Municipal de Bom Progresso/RS. Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, com ênfase em Saneamento Ambiental, atuando principalmente com o tema resíduos sólidos e contaminação de recursos hídricos.

Gabriel Baraldi Volpi, Universidad Federal de Santa María

Possui graduação em Química pela Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (2015). Atualmente é técnico em agropecuária da Universidade Federal de Santa Maria. Tem experiência na área de análise química instrumental, microbiologia, PCR e agronomia

Bruna Thais Lauer Grade, Universidade Federal de Santa Maria

Engenheira Ambiental e Sanitarista (UFSM) Mestre em Ciência e Tecnologia Ambiental (UFSM) Pós Graduada em Segurança do Trabalho e Gestão Ambiental.

Genesio Mario da Rosa, Universidade Federal de Santa Maria

Graduado em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria (1997), Mestre em Engenharia de Produção (2000) e Doutor em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Santa Maria (2004). Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Santa Maria lotado no campus de Frederico Westphalen - RS. Tem experiência na área de Engenharia Agrícola e com ênfase em Irrigação e Drenagem, atuando principalmente nos seguintes temas: irrigação, manejo de irrigação, gestão de recursos hídricos e qualidade da água. É líder do Grupo de Pesquisa "Gerenciamento Ambiental e Manejo de Recurso Hídrico - GAMRH", que tem como objetivos principais a busca de estratégias que incrementem a eficiência de uso da água visando garantir os padrões de qualidade e quantidade da água dentro da sua unidade de conservação: a bacia hidrográfica. Desde 2018 é coordenador do programa de pós-graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA da UFSM campus de Frederico Westphalen.

Jaqueline Ineu Golombieski, Universidade Federal de Santa María

Possui Graduação em Ciências Biológicas - Licenciatura Plena, pela Universidade Federal de Santa Maria (1997), Mestrado em Zootecnia na área de Fisiologia de Peixes pela UFSM (2001) e Doutorado em Agronomia na área de Impactos Ambientais dos Agrotóxicos utilizados na lavoura arrozeira sobre a comunidade aquática, com ênfase em vertebrados (peixes) e Invertebrados (Zooplâncton) pela UFSM (2006). Tem Pós-Doutorado na área de Levantamento de Ácidos Graxos de arroz visando Melhoramento Genético de Cultivares. Em 2013 concluiu seu segundo Doutorado na área de Ciências Biológicas - Biodiversidade Animal, Ecofisiologia de Peixes, também pela UFSM trabalhando com parâmetros de qualidade de água e comportamento de peixes. Possui experiência na área de Zoologia, onde ministrou aula para os cursos de Agronomia, Engenharia Florestal e Zootecnia, com ênfase Zoologia Geral, Fisiologia Animal, Piscicultura e Rizipiscicultura. A docente ministra disciplinas para o curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da UFSM-FW e orienta no Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental (PPGCTA) sendo atualmente Professor Adjunto da UFSM - Campus de Frederico Westphalen. É líder do Grupo de Pesquisa de Monitoramento Ambiental do CNPq. Atua na área de Monitoramento Ambiental em Recursos Hídricos, desenvolvendo trabalhos principalmente nos seguintes temas: peixes, microcrustáceos, ecotoxicologia, contaminação ambiental, pesticidas, fármacos, variáveis de qualidade da água para consumo humano e animal.

Referências

AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION; AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION; WATER ENVIRONMENT FEDERATION (EDS.). Standard methods for the examination of water and wastewater. 23rd ed. Washington (D.C.): American public health association, 2017.

ARANAZ, I. et al. Chitosan: An Overview of Its Properties and Applications. Polymers, v. 13, n. 19, p. 3256, 2021.

ARANAZ, I.; HARRIS, R.; HERAS, A. Chitosan Amphiphilic Derivatives. Chemistry and Applications. Current Organic Chemistry, v. 14, n. 3, p. 308–330, 2010.

BACCI, D. de L. C.; PATACA, E. M. Educação para a água. Estudos Avançados, v. 22, n. 63, p. 211-226, 2008. Available in: https://www.revistas.usp.br/eav/article/view/10302. Accessed in: 31 ago. 2023.

BADRAN, A.M.; UTRA, U.; YUSSOF, N.S.; BASHIR, M.J.K. Advancements in Adsorption Techniques for Sustainable Water Purification: A Focus on Lead Removal. Separations, v.10, n. 565 p. 1-26. 2023.

BARTIKO, D.; JULIO, M. D. Construction and use of coagulation diagrams as a tool for continuous monitoring of flocculation in water supply. Revista Ambiente e Água, v. 10, n. 1, p. 71–81, 2015.

DI BERNARDO, A. S. Desempenho de sistemas de dupla filtração no tratamento de água com turbidez elevada. Tese de Doutorado—São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo, 281 p, 2004.

BOTERO, W. G. et al. Characterization of sludge generated in water treatment plants: prospects for agricultural application. Química nova, v. 32, n. 8, p. 2018-2022, 2009.

BRASIL. Portaria GM/MS Nº 888, de 4 de maio de 2021. Ministério da Saúde, Gabinete do Ministro, Brasília 2021.

BRUCKMANN, F.S. et al. Adsorption and Photocatalytic Degradation of Pesticides into Nanocomposites: A Review. Molecules, v. 27, n. 6261, p. 1-27, 2022.

EIKEBROKK, B.; SALTNES, T. NOM removal from drinking water by chitosan coagulation and filtration through lightweight expanded clay aggregate filters. Journal of Water Supply: Research and Technology - AQUA, v. 51, n. 6, p. 323–332, 2002.

GRUŠKIENE, R.; DEVEIKYTE, R.; MAKUŠKA, R. Quaternization of chitosan and partial destruction of the quaternized derivatives making them suitable for electrospinning. Chemija, v. 24, n. 4, p. 325–334, 2013.

HAMDON, R. S. M. A. et al. Use of Chitosan for Enhancing the Process of Surface Water Purification in Egypt. International Journal of Environmental Science and Development, v. 13, n. 2, p. 26–34, 2022.

HUANG, M. et al. Preparation of dual-function starch-based flocculants for the simultaneous removal of turbidity and inhibition of E. coli in water Mu. Water Research, v. 1, n. 98, p. 128–137, 2016.

IBRAHIM, H. M.; EL-ZAIRY, E. M. R. Chitosan as a Biomaterial — Structure, Properties, and Electrospun Nanofibers. Concepts, Compounds and the Alternatives of Antibacterials, p. 29, cap. 4, 2015.

KIM, S.; MOON, B.; LEE, H. Effects of pH and dosage on pollutant removal and floc structure during coagulation. Microchemical Journal, v. 68, n. 2, p. 197–203, 2001.

LEE, C. S.; ROBINSON, J.; CHONG, M. F. A review on application of flocculants in wastewater treatment. Process Safety and Environmental Protection, v. 92, n. 6, p. 489–508, 2014.

LIN, Z. et al. Histatin1-modified thiolated chitosan hydrogels enhance wound healing by accelerating cell adhesion, migration and angiogenesis. Carbohydrate Polymers, v. 230, 115710, 2020.

LU, Y. et al. Preparation of quaternary ammonium salt of chitosan nanoparticles and their textile properties on Antheraea pernyi silk modification. Textile Research Journal, v. 84, n. 19, p. 2115–2124, 2014.

MADERA-SANTANA, T. J.; HERRERA-MÉNDEZ, C. H.; RODRÍGUEZ-NÚÑEZ, J. R. An overview of the chemical modi fi cations of chitosan and their advantages. Greem Materials, v. 6, n. 4, p. 131–142, 2018.

MAO, S. et al. Effects of citronellol grafted chitosan oligosaccharide derivatives on regulating anti-inflammatory activity. Carbohydrate Polymers, v. 262, 117972, p. 1- 12, 2021.

MOMENI, M. M. et al. Using Chitosan/CHPATC as coagulant to remove color and turbidity of industrial wastewate : Optimization through RSM design. Journal of Environmental Management, v. 211, p. 347–355, 2018.

NOOR, A. M. et al. Preparation of Quaternized Lignin Derived from Oil Palm Empty Fruit Bunches and its Flocculation Properties. Journal of Wood Chemistry and Technology, v. 39, n. 6, p. 1–22, 2019.

PENG, Z. X. et al. Adjustment of the antibacterial activity and biocompatibility of hydroxypropyltrimethyl ammonium chloride chitosan by varying the degree of substitution of quaternary ammonium. Carbohydrate Polymers, v. 81, n. 2, p. 275–283, 2010.

PONTIUS, F. W. Chitosan as a Drinking Water Treatment Coagulant Chitosan as a Drinking Water Treatment Coagulant. American Journal of Civil Engineering. v. 4, n. 5, p. 205-215, 2016.

PRADO, H. J.; MATULEWICZ, M. C. Cationization of polysaccharides: A path to greener derivatives with many industrial applications. European Polymer Journal, v. 52, p. 53–75, 2014.

SALLES, T R. et al. Effective diuretic drug uptake employing magnetic carbon nanotubes derivatives: Adsorption study and in vitro geno-cytotoxic assessment, Separation and Purification Technology, v. 315, n. 123713, p. 1-25, 2023.

SANTOS, R. K.S, et al., Removal of chloroquine from the aqueous solution by adsorption onto açaí-based biochars: Kinetics, thermodynamics, and phytotoxicity, Journal of Molecular Liquids, v. 383, n. 1221622023, p. 1-9, 2023.

SEONG, H.; WHANG, H. S. U. K.; KO, S. Synthesis of a Quaternary Ammonium Derivative of Chito- oligosaccharide as Antimicrobial Agent for Cellulosic Fibers. Journal of Applied Polymer Science. v. 76, n. 14, p. 2009–2015, 2000.

SILVEIRA, T. N. et al. performance of organic and inorganic coagulants by coagulation diagram in natural water. Revista Eletrônica de Gestão e Tecnologias Ambientais (GESTA). v. 7, n. 1, p. 16–25, 2019.

SONG, H. et al. Homogeneous Synthesis of Cationic Chitosan via New Avenue. Molecules, v. 23, n. 8, p. 1921, 2018.

SPINELLI, V. A. Quitosana, polieletrólito natural para o tratamento de água potável. 2001 Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, p. 134, 2001.

STRAND, S. P. et al. Screening of Chitosans and Conditions for Bacterial Flocculation. Biomacromolecules, v. 2, n. 1, p.126–133, 2001.

VALVERDE, K. C. et al. Coagulation diagram using the Moringa oleifera Lam and the aluminium sulphate, aiming the removal of color and turbidity of water. Acta Scientiarum. Technology, v. 5, n. 3, p. 485–489, 2013.

VALVERDE, K. C. et al. Optimization of process conditions in water treatment through coagulation diagrams, using Moringa oleifera Lam and aluminium sulphate. Desalination and Water Treatment. v. 56, n.7, p.1787-1792, 2015.

WANG, W. et al. Determination of the Mark-Houwink equation for chitosans with different degrees of deacetylation. International Journal of Biological Macromolecules, v. 13, n. 5, p. 281–285, 1991.

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Publicado

2024-11-26

Como Citar

Bastiani, V. R. de, Wastowski, A. D., Tejada, L. S., Volpi, G. B., Grade, B. T. L., Rosa, G. M. da, & Golombieski, J. I. (2024). Síntese e eficiência da quitosana catiônica no tratamento físico-químico da água. Revista Eletrônica Em Gestão, Educação E Tecnologia Ambiental, 28, e85777. https://doi.org/10.5902/2236117085777

Edição

Seção

TECNOLOGIA AMBIENTAL