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Hidrogéis de celulose microcristalina oxidada via mediação por TEMPO modificados com β-ciclodextrina e κ-carragena para aplicação como adsorvente
Hydrogels of microcrystalline cellulose oxidized via TEMPO-mediation modified with β-cyclodextrin and κ-carrageenan for application as adsorbent
Registro en:
MOTA, Liliane Oliveira. Hidrogéis de celulose microcristalina oxidada via mediação por TEMPO modificados com β-ciclodextrina e κ-carragena para aplicação como adsorvente. 2022. 120 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2022.
Autor
Mota, Liliane Oliveira
Institución
Resumen
The oxidation method via N-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperhydrin (TEMPO)
mediation has been widely used as a pre-treatment to obtain nanocellulose from
cellulose and, in addition, the oxidation allows a better dispersion in water and
facilitates gel formation. Since cellulose is a widely available biopolymer,
biodegradable, renewable and low-cost biopolymer, its use in the preparation of
hydrogels has been gaining ground and the use of oxidized cellulose has not been
different. Hydrogels prepared with the oxidized cellulose and chemically cross-linked
by interaction with the hydroxyl groups of the cellulose allow the carboxylic groups to
become available, allowing the application to remove cationic dyes, for example, due to
negative charges. Therefore, the objective of the present work was to prepare hydrogels
of oxidized microcrystalline cellulose via chemically cross-linked TEMPO mediation
and to evaluate the introduction of β-cyclodextrin and κ-carrageenan modifiers on the
adsorption efficiency of methylene blue. For this purpose, two chemical crosslinkers
(epichlorihydrin and glutaraldehyde) were used and the one that best provided a more
structured hydrogel (epichlorihydrin) was applied in the crosslinking of the hydrogel
with the addition of β-cyclodextrin and κ-carrageenan. The effects of the two modifiers
on the oxidized microcrystalline cellulose hydrogel were characterized by Fourier
Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), thermogravimetry, scanning electron
microscopy (SEM), nitrogen adsorption/desorption and swelling degree. The hydrogels
were applied in the adsorption of methylene blue to evaluate its removal efficiency and
in the adsorption of gentamicin sulfate, and the hydrogels loaded with the drug were
tested for bacteriostatic activity by disk diffusion. All hydrogels showed dye adsorption
capacity and increases in cellulose concentration and the addition of β-cyclodextrin and
κ-carrageenan improved the methylene blue adsorption process. In addition to
electrostatic interactions, the optimal fit of kinetics in the adsorption for the pseudosecond order model suggests the contribution of chemical interactions in the adsorption
process. In the adsorption of gentamicin sulfate, the hydrogel with κ-carrageenan
showed better removal efficiency, but all charged hydrogels formed inhibition halos.
Thus, the developed hydrogels proved to be materials with great potential for
application as adsorbents. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq O método de oxidação via mediação por N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidrina
(TEMPO) tem sido bastante utilizado como um pré-tratamento para a obtenção de
nanocelulose a partir da celulose e, além disso, a oxidação possibilita uma melhor
dispersão em água e facilita a formação de gel. Por ser a celulose um biopolímero de
grande disponibilidade, biodegradável, renovável e de baixo custo, sua utilização na
preparação de hidrogéis tem ganhado espaço e o uso da celulose oxidada não tem sido
diferente. Hidrogéis preparados com a celulose oxidada e reticulados quimicamente por
interação com os grupos hidroxilas da celulose permitem que os grupos carboxílicos
fiquem disponíveis possibilitando a aplicação para remoção de corantes catiônicos, por
exemplo, devido às cargas negativas. Diante disso, o objetivo do presente trabalho foi
preparar hidrogéis de celulose microcristalina oxidada via mediação por TEMPO
reticulado quimicamente e avaliar a introdução dos modificantes β-ciclodextrina e κcarragena na eficiência de adsorção de azul de metileno. Para tanto, dois reticulantes
químicos (epicloridirna e glutaraldeído) foram utilizados, sendo que aquele que melhor
proporcionou um hidrogel mais estruturado (epicloridrina) foi aplicado na reticulação
do hidrogel com a adição da β-ciclodextrina e κ-carragena. Os efeitos dos dois
modificadores sobre o hidrogel de celulose microcristalina oxidada foram
caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho por transformada de
Fourier (FTIR), termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura (MEV),
adsorção/dessorção de nitrogênio e grau de intumescimento. Os hidrogéis foram
aplicados na adsorção de azul de metileno para avaliar sua eficiência de remoção e na
adsorção de sulfato de gentamicina, sendo os hidrogéis carregados com o fármaco
testados quanto à atividade bacteriostática por difusão em disco. Todos os hidrogéis
apresentaram capacidade de adsorção do corante e o aumento da concentração de
celulose e adição da β-ciclodextrina e κ-carragena melhoraram o processo de adsorção
do azul de metileno. Além de interações eletrostáticas, o ajuste ótimo da cinética de
adsorção para o modelo de pseudossegunda ordem sugere contribuição de interações
químicas no processo de adsorção. Já na adsorção do sulfato de gentamicina o hidrogel
com κ-carragena apresentou melhor eficiência de remoção, porém todos os hidrogéis
carregados com o fármaco formaram os halos de inibição. Desta forma, os hidrogéis
desenvolvidos mostraram-se materiais com grande potencial de aplicação como
adsorventes. São Cristóvão