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Casca de camarão vira filtro para metais pesados

Quitosana: casca de camarão vira filtro para metais pesados
A quitosana é um biopolímero obtido de fontes naturais como as carapaças de caranguejos, camarões e lagostas, sendo também encontrado em insetos, moluscos e na parede celular de fungos.[Imagem: Airoldi et al.]

Filtro de metais pesados

A quitosana - uma fibra retirada do exoesqueleto de crustáceos - pode ser uma nova aliada da ciência na despoluição dos rios e efluentes despejados pela indústria.

O material mostrou-se capaz de extrair metais pesados da água, como o cobre, o zinco, o chumbo, o cobalto e o cádmio. Os experimentos foram obtidos por meio da técnica de adsorção.

A conclusão é de um estudo realizado no Instituto de Química (IQ) da Unicamp, pela pesquisadora Elaine Cristina Nogueira Lopes de Lima, juntamente com o professor Claudio Airoldi.

Recentemente, uma pesquisa realizada na USP mostrou que essas mesmas cascas de crustáceos podem gerar materiais hospitalares.

O novo material poderá contribuir para eliminar um dos maiores gargalos enfrentados pelas fábricas hoje, que é o da destinação do lixo industrial, já que os metais pesados, em altas concentrações, são danosos ao meio ambiente e à saúde, não se degradando nem mesmo pela ação do tempo.

Técnica de adsorção

A técnica de adsorção, explica Claudio Airoldi, é relativamente simples e barateia o processo como um todo, por isso ela foi a escolhida neste trabalho.

Nos testes, realizados no Laboratório de Termoquímica de Materiais (Latemat), foi selecionado um metal para simulação das mesmas condições que possivelmente ocorrem em um efluente, retirando-o completamente da água para não contaminar o meio ambiente. "A experiência foi bem-sucedida e de grande aplicabilidade, pois levou à determinação não somente qualitativa, mas também quantitativa dos efeitos que acontecem perante o metal."

O foco dessa investigação, segundo Elaine, consistiu em utilizar um recurso que modificasse algumas propriedades químicas da quitosana a fim de submetê-lo a uma série de reações, com vistas a aumentar a adsorção dos metais e, com isso, favorecer a despoluição de rios.

A ideia era melhorar a qualidade da água, principalmente nos tratamentos que devem ser feitos nas indústrias antes desses efluentes (produtos líquidos ou gasosos) serem lançados ao meio ambiente.

Com essa descoberta, a pesquisadora já planeja testar outras reações em misturas com quitosana, desta vez em fármacos, com a finalidade de que os tratamentos sejam muito mais adequados. Elaine Lima e Claudio Airoldi acreditam que outras novas pesquisas que vierem nesta linha serão promissoras.

Os chamados metais pesados podem ocasionar câncer, tanto em decorrência da exposição a eles quanto do seu efeito cumulativo no organismo humano, além de sua atuarem no sistema nervoso central, em particular no caso do chumbo.

Quitosana

A pesquisadora conta que adotou a quitosana por ser um material muito abundante na natureza. "A proposta era aprimorar propriedades como a sua capacidade de adsorver e de complexar metais e, deste modo, adotá-la no futuro para tratamento de efluentes reais de indústrias de modo geral", afirma Elaine. "Portanto, estes materiais poderão ser empregados com êxito na remoção de cátions metálicos desses efluentes, atuando como agentes na diminuição dos efeitos tóxicos causados por metais pesados e também na renovação do ecossistema."

Na pesquisa, após a modificação química da quitosana com cloretos orgânicos e posterior imobilização de aminas (base orgânica nitrogenada, derivada do amoníaco, que entra na composição dos aminoácidos), Elaine percebeu uma estreita, mas clara, relação com o favorecimento da adsorção de metais, comparada à quitosana pura, não-modificada.

"Vimos que a modificação neste caso garantiu uma maior adsorção e que a calorimetria auxiliou a perceber a energética, ou seja, como ocorre a interação entre a quitosana modificada e os metais estudados, um dado valioso na literatura e que seguramente terá condições de dar sustentação a novos trabalhos", relata Claudio Airoldi.

Segundo o orientador do trabalho, a modificação química deve ser ressaltada nesse processo, isso porque parte de um material que é transformado para se tornar cada vez mais com potencial de uso. "Isso é fundamental porque, nos dias de hoje, o que se busca são primeiramente materiais não-tóxicos, isto é, biocompatíveis. No caso da quitosana, ela é até comestível, não representando problema algum ao organismo."

Ele relata que esses materiais garantem grande aplicabilidade, dentro da qual o que se procura no momento é obter a quitosana para interagir com fármacos que sejam aplicados com propriedade ao ser humano, para que haja uma liberação paulatina de seus princípios durante um dado tratamento médico. Os pesquisadores, diz, têm-se debruçado em estudar novas fronteiras para o uso da quitosana, cujo alvo é a liberação controlada.

Calorimetria

Um dos instrumentos utilizados na pesquisa de Elaine Lima, e que é muito restrito no meio acadêmico brasileiro, foi o calorímetro. A calorimetria estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão na forma de calor.

Através da calorimetria, é possível fazer a determinação quantitativa dos efeitos que acontecem por exemplo na matéria, a quitosana, com uma outra espécie, no caso o metal. Com sua ajuda é possível orientar de que maneira este material pode melhor extrair determinados metais em relação a outros.

No Laboratório de Termoquímica de Materiais, Claudio Airoldi atua mais com materiais que têm como característica serem adsorventes, ou seja, que podem retirar espécies indesejadas do meio estudado. Porém, com o passar do tempo, o seu interesse foi se direcionando para os biomateriais, que derivam de plantas, sendo os mais destacados a celulose e a quitosana.

Com a celulose é mais difícil de se trabalhar do ponto de vista químico, esclarece o professor. Logo, o direcionamento maior foi para a quitosana, visto que ela é extraída de vários pequenos animais e pode trazer o mesmo direcionamento na pesquisa. Em termos de reatividade, ela é bem mais ativa do que a celulose, o que facilita a sua modificação química e, consequentemente, dá-lhe uma utilidade mais aprimorada.

Biopolímero

A quitosana é um biopolímero.

Ela é obtida a partir da quitina, um outro biopolímero, hoje o segundo material mais abundante da natureza, após a celulose, e que tem como principais fontes naturais as carapaças de crustáceos como caranguejo, camarão e lagosta, sendo também encontrada em insetos, moluscos e na parede celular de fungos.

Devido à sua abundância na costa marinha brasileira, existe uma grande quantidade de crustáceos que são rejeitos. A reutilização desses rejeitos, para retirada da quitina e posterior emprego como quitosana, tem chamado a atenção da comunidade científica há muito tempo.

A quitosana é aplicada em diversas áreas, principalmente nas áreas farmacêutica e alimentícia. Em si, ela já possui propriedades que garantem um bom material, um bom adsorvente, que foi, no presente caso, a retirada de metais, corantes, poluentes orgânicos e inorgânicos em geral.

"O que de fato queríamos era utilizar este material para usufruir de suas propriedades, amplamente difundidas na literatura, para então modificá-lo, aumentando essa capacidade e, com isso, também obter dados calorimétricos que são ainda inéditos, a priori com este material modificado e com os metais utilizados", constata Claudio Airoldi, que orienta nesta linha atualmente dois alunos de mestrado, dez de doutorado, dois de pós-doutorado e um de iniciação científica.

Bibliografia:

Chitosan-cyanuric chloride intermediary as a source to incorporate molecules - Thermodynamic data of copper/biopolymer interactions
Elaine C.N. Lopes, Kaline S. Sousa, Claudio Airoldi
Thermochimica Acta
Vol.: 483, Issues 1-2, Pages 21-28
DOI: 10.1016/j.tca.2008.10.022

The effectiveness of the protected amino group on crosslinked chitosans for copper removal and thermodynamic of interaction at the solid/liquid interface
Margarete O. Machado, Elaine C.N. Lopes, Kaline S. Sousa, Claudio Airoldi
Carbohydrate Polymers
Vol.: 77, Issue 4, Pages 760-766
DOI: 10.1016/j.carbpol.2009.02.031




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