Desenvolvimento de membranas em biocompósitos de copolímero polihidroxibutirato - hidroxivalerato com nanocelulose aplicada em traçadores biodegradáveis

Abstract

Poluentes químicos e medicamentos estão presentes em diversos cursos d ́água no Brasil. O enfrentamento desse problema no que tange à identificação, quantificação e posterior tratamento é um desafio. Traçadores biodegradáveis são uma inovação que podem ser incorporados na identificação de determinados poluentes em água e não causam danos ambientais. Neste trabalho foram investigados os mecanismos de interações interfaciais que são influenciados pela rugosidade da superfície de uma membrana de biocompósito de polihidroxibutirato - hidroxivalerato (PHB-HV) com nanocelulose funcionalizada com tetraetoxisilano e dopada com óxido de nióbio. Esta membrana foi utilizada como suporte para a produção de um traçador biodegradável produzido em impressora 3D com PLA (ácido poliláctico). O traçador biodegradável foi utilizado para identificar o poluente emergente cafeína (CAF) em solução. Primeiramente, houve a produção e caracterização da nanocelulose fibrilada e o resultado mostrou que a proporção de 3% (m/v) possibilitou a formação do hidrogel de nanocelulose fibrilada (hNCF). Em seguida, o hNCF foi funcionalizado com o agente de acoplamento tetraetoxissilano (TEOS) na proporção de 1:1 (v/v) com solução etílica e desta solução para a funcionalização utilizou-se 1% da solução sendo o equivalente a 1 mL em volume para a funcionalização e a obtenção do hidrogel de nanocelulose fibrilada funcionalizada com TEOS (hNCF-T) que foi

utilizado para a produção dos filmes e membranas. Para a obtenção do filme polimérico de PHB- HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS (f_PHB-HV/hNCF-T) solubilizou-se 18 mg do

polímero biodegradável PHB em 100 mL de clorofórmio e após vigorosa mistura acrescentou-se o hNCF-T com concentração de 3% (m/v). Para a síntese da membrana de PHB-HV com a

nanocelulose funcionalizada com TEOS e dopada com óxido de nióbio (m_PHB-HV/hNCF- T_ONb) utilizou-se o processo de inversão de fase. Para a caracterização das membranas foram

utilizadas as técnicas de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raio X (DRX), análise elementar CHN, microscopia de força atômica (MFA – em inglês atomic force microscopy AFM), termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), potencial Zeta, teste de tensão e molhabilidade. Como resultado da caracterização do hidrogel funcionalizado e modificado com agente de acoplamento silano tetraetoxisilano (TEOS), incluindo a caracterização da rugosidade das superfícies e a avaliação da dimensão fractal dos compósitos verificando-se que todos os materiais apresentaram dimensão fractal entre 2 e 3. As dimensões fractais foram de 2,014 para o hidrogel de nanocelulose fibrilada (hNCF), 2,105 para o

polihidroxibutirato (PHB-HV), 2,101 para o filme de PHB-HV com nanocelulose (f_PHB- HV/hNCF), 2,037 para o filme de PHB-HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS

(f_PHB-HV/hNCF-T) e 2,201 para a membranas de PHB-HV com nanocelulose funcionalizada com TEOS e dopada com óxido de nióbio (m_PHB-HV/hNCF-T_ONb). Os parâmetros topográficos mostram a diferenciação de rugosidade para o sistema traçador membrana antes e depois das Isotermas e cinética de adsorção, apresentando respectivamente rugosidade média quadrática (RMS) 56,12 nm e 65,08 nm mostrando um aumento com base na adsorção do poluente pelo sistema. Verificou-se também que quanto maior a rugosidade maior a interação entre a membrana e os poluentes e uma dimensão fractal mais alta implica um maior preenchimento da área de superfície efetiva. A assimetria e a curtose demonstram a natureza isotrópica das superfícies rugosas da m_PHB-HV/hNCF-T_ONb. Com os dados obtidos foi possível a validação da hipótese de tese a qual determina que interações interfaciais são influenciadas pela rugosidade da superfície e essas são capazes de armazenar o poluente para análise e caracterização.