Espumas de nanoquitosana/nanocelulose reticuladas : síntese, caracterização e estudo de sua capacidade de adsorção para íons cobre (II)

Abstract

Resumo: A contaminação de águas por íons de metais tóxicos, como o cobre (Cu²?), demanda o desenvolvimento de materiais adsorventes sustentáveis e de baixo custo. Este trabalho teve como objetivo sintetizar, caracterizar e avaliar o potencial de espumas compósitas à base de nanoquitosana (NCS) e nanocelulose como biossorventes. Foram preparadas espumas porosas a partir de uma matriz de NCS, reforçadas com celulose nanocristalina (CNC) ou celulose nanofibrilada (CNF), com e sem reticulação por glutaraldeído. As seis formulações resultantes foram caracterizadas quanto às suas propriedades morfológicas (MEV), químicas (FTIR) e mecânicas. A performance adsortiva foi avaliada em ensaios de equilíbrio em batelada para a remoção de Cu²?, e os dados foram ajustados aos modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich. A caracterização demonstrou que a sinergia entre a nanocelulose e o agente reticulante resultou em espumas com maior resistência mecânica e estrutura porosa otimizada. Os ensaios de adsorção foram melhor descritos pelo modelo de Langmuir (R² > 0,98), indicando um mecanismo de adsorção predominantemente em monocamada. A formulação contendo nanoquitosana reticulada e reforçada com CNF (NCSR-CNF) apresentou o melhor desempenho, atingindo uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 90,25 mg/g, um valor duas vezes superior ao da espuma de nanoquitosana pura (41,0 mg/g). Conclui-se que a incorporação de nanofibrilas de celulose em uma matriz de quitosana reticulada é uma estratégia eficaz para a produção de biossorventes de alto desempenho com grande potencial para aplicações no tratamento de efluentes

Abstract: The contamination of water by toxic metal ions, such as copper (Cu²?), demands the development of sustainable and low-cost adsorbent materials. This work aimed to synthesize, characterize, and evaluate the potential of composite foams based on nanochitosan (NCS) and nanocellulose as biosorbents. Porous foams were prepared from an NCS matrix, reinforced with crystalline nanocellulose (CNC) or fibrillated nanocellulose (CNF), with and without glutaraldehyde crosslinking. The six resulting formulations were characterized for their morphological (SEM), chemical (FTIR), and mechanical properties. The adsorptive performance was evaluated in batch equilibrium tests for the removal of Cu²?, and the data were fitted to the Langmuir and Freundlich isotherm models. Characterization demonstrated that the synergy between nanocellulose and the crosslinking agent resulted in foams with higher mechanical strength and an optimized porous structure. The adsorption tests were best described by the Langmuir model (R² > 0.98), indicating a predominantly monolayer adsorption mechanism. The formulation containing crosslinked nanochitosan reinforced with CNF (NCSR-CNF) showed the best performance, reaching a maximum adsorption capacity (qmax) of 90,25 mg/g, a value twice as high as that of pure nanochitosan foam (41.0 mg/g). It is concluded that the incorporation of cellulose nanofibers into a crosslinked chitosan matrix is an effective strategy for producing high-performance biosorbents with great potential for applications in wastewater treatment